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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA
EDUCACIN SUPERIORINSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE
TECNOLOGA DE LA VICTORIALA VICTORIA EDO. ARAGUA
Elaborado or!I"#. L$%%&'( L)&*
O+',br&- //0
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DEDICATORIA
El siguiente Texto est especialmente dedicado a:
Todos mis alumnos y a todos aquellos que no lo fueron
quienes de una forma u otra me han enseado a descubrir mi
vocacin de educadora y han contribuido notablemente con mi
mejoramiento profesional, haciendo ms sencilla y amena la
noble misin de educar y a la que he dedicado parte de mi
vida
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NDICE GENERAL
CONTENIDO PAG.
Pr&l$1$"ar&%
!ortada i
"edicatoria ii
#ndice $eneral iii
#ndice de %iguras vii
CAPTULO I. TEORA DE SEMICONDUCTORES
& 'emiconductor (
( )anda de Energ*a y +onductividad Elctrica del +ristal -
. Tipos de 'emiconductores /
.& 'emiconductores 0ntr*nseco /
.( 'emiconductores Extr*nseco 1
.(& 'emiconductores Extr*nseco Tipo 2 3
.(( 'emiconductores Extr*nseco Tipo ! 4
- 5ey de 6ccin de 7asas &8
9 5ey de 2eutralidad de +arga &&
/ 7ovilidad y +onductividad &&
/& +orriente de 6rrastre &&
/( +orriente de "ifusin &-
1 ;elacin de Einstein &9
CAPTULO II. TEORA DE DIODOS
& El "iodo &1
( !olari
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- +aracter*sticas "e =n "iodo En =nin !2 ((
9 ;epresentacin 'imblica del "iodo (9
/ ;esistencias del "iodos (/
/&;esistencia Esttica (/
/( ;esistencia "inmica (/
1 0nfluencia "e 5a Temperatura 'obre 5as !ropiedades "e 5a =nin (3
1& 0nfluencia de la temperatura sobre la corriente de 'aturacin ' (3
1( 0nfluencia de la temperatura sobre la tensin directa a los bornes
de la unin (4
3 Esquema Equivalente del "iodo en ;gimen 6lterno .8
3& +apacidad de 6gotamiento o de Transicin .8
3( +apacidad de "ifusin ..
4 7odelos o 6proximaciones del "iodo ..
4& 7odelo 0deal .-
4( 7odelo de +a*da de Tensin +onstante .-
4. 7odelo 5ineal por Tramos .9
&8 !armetros y Especificaciones Elctricas "e 5os "iodo ./
&& >erificacin del Estado de un "iodo .4
CAPTULO III. TIPOS DE DIODOS
& "iodo ?ener -(
&& +onstruccin de un "iodo
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/ "iodo TAnel 93
1 "iodo de +ontacto !untual /8
CAPTULO IV.2 APLICACIONES DE LOS DIODOS
& ;ectificador /(
&& ;ectificador de 7edia Bnda /(
&( ;ectificador de Bnda +ompleta /-
( %actor de forma C%fD e #ndice de Bndulacin C%rD /3
(& %actor de %orma C%fD /3
(( #ndice de Bndulacin C%rD /3
. +omparacin entre los diferentes ;ectificadores /3
- %iltraje /4
-& %iltraje con +ondensador /4
9 "oblador de Tensin 1-
/ 5imitador de Tensin 19
/& 5imitador 'erie !ositivo 1/
/( 5imitador 'erie 2egativo 1/
/. 5imitador !aralelo 13
/- 5imitador !arcial o !olari
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.. +onfiguracin +olector +omAn &8/
- +urva +aracter*stica &81
9 ;elacin de +orrientes &84
/ !olari
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
NDICE DE 4IGURAS
4IGURA PAG.
CAPTULO I. TEORA DE SEMICONDUCTORES
%ig &a ;ed +ristalina de 'ilicio C'iD .
%ig &b ;ed +ristalina de 6rseniuro de $alio C6s$aD .
%ig (a +ristal de 'ilicio C'iD antes del aumento de la temperatura -
%ig (b +ristal de 'ilicio C'iD despus del aumento de la temperatura -
%ig . Estructura de las bandas de energ*a de un 6islante, un 'emiconductor
y un +onductor 9
%ig - +ristal de 'ilicio contaminado con tomos de %sforo
3
%ig 9 2ivel donador o dador introducido por los tomos pentavalentes
4
%ig / 2ivel aceptador o aceptor introducido por los tomos trivalentes
&8
%ig 17ovimiento de los huecos debido al movimiento de los electrones &.
CAPTULO II. TEORA DE DIODOS
%ig 3 =nin !2 &1
%ig 4 %ormacin de la regin de vaciamiento &3
%ig &8 =nin !2 en equilibrio &4
%ig && !olari
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
%ig &9 +urva +aracter*stica del "iodo (.
%ig &/ +urva +aracter*stica real del "iodo (-
%ig &1 ;epresentacin 'imblica y %*sica del "iodo (9
%ig &3 ;epresentacin del punto F sobre la curva caracter*stica de "iodo (/
%ig &4 ;esistencia dinmica y >ariacin del punto F (3
%ig (8 0nfluencia de la temperatura sobre la tensin del diodo .8
%ig (&+urva +aracter*stica de la +apacidad de agotamiento .8
%ig (( >ariaciones de CTen funcin de VRpara dos diodos T*picos .(
%ig (. +urva > vs de un "iodo 0deal .-
%ig (- 7odelo de ca*da de voltaje constante de la caracter*stica directa del
diodo y la ;epresentacin de su circuito equivalente .9
%ig (9 7odelo lineal por tramos de la caracter*stica directa del diodo y
su circuito equivalente .9
%ig(/ Goja de Especificaciones del %abricante )6H1. .1
%ig(1 +urvas Elctricas T*picas del "iodo )6H1. .3
%ig (3 >erificacin del estado de un diodo con un ohmetro -8
%ig (4 puntas del multimetro -8
CAPTULO III. TIPOS DE DIODOS
%ig .8 +urva +aracter*stica del "iodo ?ener -.
%ig .& 6specto %*sico y 'imbolog*a del "iodo ?ener -9
%ig .( +urva +aracter*stica del diodo de un fotodiodo para diferentes intensidades
luminosas 9&%ig .1 'imbolog*a y +urva +aracter*stica del "iodo 'chott@y 9.
%ig.3 +ircuito equivalente del diodo !02 en la regin "irecta e 0nversa 9/
%ig .4 'imbolog*a del "iodo !02 9/
%ig-8 'imbolog*a del "iodo >aricap y +ircuito equivalente 91
8
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
%ig -& +urva de >ariacin de la +apacitancia vs Tensin 0nversa aplicada 93
%ig -( +urva +aracter*stica del "iodo tAnel 94
%ig -. +ircuito equivalente y simbolog*a del "iodo TAnel /8
CAPTULO IV.2 APLICACIONES DE LOS DIODOS
%ig -- +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda /.
%ig -9 'eal de 'alida de un +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda /.
%ig -/ +ircuito ;ectificador "oble Bnda con Transformador de Toma +entral /-
%ig -1 'eal de Entrada al +ircuito ;ectificador "oble Bnda con
Transformador de Toma +entral /9
%ig -3 'eal de 'alida del +ircuito ;ectificador "oble Bnda con
Transformador de Toma +entral /9
%ig -4 'eal presente en los "iodos "& y "( /9
%ig 98 +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta Tipo !uente //
%ig 9& +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta Tipo !uente /1
%ig 9( +ircuito ;ectificador de 7edia Bnda con %iltro +apacitivo 18
%ig 9. 'eal de 'alida de tensin C>BD y +orriente id+ircuito
;ectificador 7edia Bnda con %iltro +apacitivo 18
%ig 9- +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta con %iltro +apacitivo 1&
%ig 99 'eal de 'alida +ircuito ;ectificador Bnda +ompleta con
%iltro +apacitivo 1(
%ig 9/ 7todo $rfico para estimar el factor de ri
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
%ig // 'eal de 'alida de un +ircuito 5imitador !olari
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
%ig 4& +ircuito "e Entrada &&&
%ig 4( +ircuito "e 'alida &&&
%ig 4. Ejemplo de un +ircuito +on polari
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FUNDAMENTO DE ELECTRNICA
TEORA DE SEMICONDUCTORES
CAPTULO I TEORA DESEMICONDUCTORES
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
CAPTULO I
TEORA DE SEMICONDUCTORES
1.- Semiconductor
Entre los materiales conductores, que permiten una circulacin generosa de corriente
por presentar una resistencia relativamente baja, y los materiales aislantes, que no
permiten la circulacin de corriente, nos encontramos una gama de materiales con
propiedades propias que denominamos semiconductores ellos tienen una
conductividad que vara con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores
o como aislantes.odos semiconductores se caracteri!an porque en su "ltima capa de electrones de su
estructura atmica poseen cuatro #$% electrones #son tetravalentes% llamados
electrones de valencia.
El elemento semiconductor m&s usado es el Silicio (Si), pero 'ay otros
semiconductores como el Germanio (Ge)que tambi(n son usados en la )abricacin
de circuitos. El silicio est& presente de manera natural en la arena por lo que se
encuentra con abundancia en la naturale!a. *dem&s, el +i presenta propiedades
mec&nicas y el(ctricas buenas. +u puri)icacin es relativamente sencilla #lleg&ndose a
+i puro del 99,99999% y el +i se presta )&cilmente a ser o-idado, )orm&ndose +i /y
constituyendo un aislante que se utili!a en todos los transistores de la tecnologa
+. *unque id(ntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos
de los grupos 22 y 222 con los de los grupos 32 y 3 respectivamente #*s4a, 52n,
*s4a*l, ed, +ed y +d% de la tabla peridica. 6e un tiempo a esta parte se 'a
comen!ado a emplear tambi(n el a!u)re.
En la tabla 1 se muestra algunos elementos pertenecientes a los grupos 22, 222, 23, 3,32 de la tabla peridica.
Estos elementos tienen una estructura m&s estable si comparten electrones, )ormando
enlaces covalentes, de )orma que al compartir estos electrones con &tomos vecinos
todos ellos tengan en la "ltima capa oc'o electrones, situacin que es muy estable.
TEORA DE SEMICONDUCTORES /
http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Silicio -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
Eemento !ru"o
Eectrone# en
$ %tim$ c$"$
d 22 * / e
*l, 4a, , 2n 222 * : e
+i, 4e 23 * $ e
5, *s, +b 3 * ; e
+e, e, #+% 32 * < e
abla 1
Esto 'ace que se )orme una malla de &tomos que se denomina red cristalina. El
diamante es un ejemplo de este tipo de estructura cristalina )ormada por &tomos de
carbono. El silicio, el germanio y el arseniuro de galio )orman redes similares ver
=iguras 1a y 1b.
>n cristal est& )ormado por un conjunto de &tomos muy pr-imos entre s dispuestos
espacialmente de )orma ordenada de acuerdo con un determinado patrn geom(trico.
?a gran pro-imidad entre los &tomos del cristal 'ace que los electrones de su "ltima
capa su)ran la interaccin de los &tomos vecinos.
=ig. 1a. @ed ristalina de +ilicio #+i% =ig. 1b. @ed ristalina de *rseniuro de 4alio #*s4a%
=uenteA BBB.ele.uva.es
En estas condiciones todos los electrones tienen su lugar en la red, as que estos
materiales no permiten la movilidad de electrones y por lo tanto son aislantes.
>n aumento en la temperatura 'ace que los &tomos en un cristal por ejemplo de
silicio vibren dentro de (l, a mayor temperatura mayor ser& la vibracin. on lo que
TEORA DE SEMICONDUCTORES :
http://www.ele.uva.es/http://www.ele.uva.es/ -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
un electrn se puede liberar de su rbita, lo que deja un 'ueco, que a su ve! atraer&
otro electrn, y as sucesivamente. En la )igura /a se puede observar un cristal de
silicio antes del aumento de la temperatura y en la )igura /b el cristal de silicio
despu(s de un aumento de temperatura donde se produce la creacin de el 'ueco y del
electrn libre por el rompimiento de los enlaces covalentes del cristal. * 0 CD, todos
los electrones son ligados. * :00 CD o m&s, aparecen electrones libres.
(a% #b%=ig. /a. ristal de +ilicio #+i% antes del aumento de la temperatura. =ig. /b. ristal de +ilicio #+i%
despu(s del aumento de la temperatura.=uenteABBB.rincondelvago.com
?a unin de un electrn libre y un 'ueco se llama recombinacin, y el tiempo entre
la creacin y desaparicin de un electrn libre se denomina tiempo de vida.
&.- '$nd$ de Ener()$ * Conducti+id$d E,ctric$ de Cri#t$
El nivel energ(tico de cada electrones puede estar situado en la banda de valencia o
en la banda de conduccin del cristal. >n electrn que ocupe un nivel dentro de la
banda de valencia est& ligado a un &tomo del cristal y no puede moverse libremente a
trav(s de (l, mientras que si el nivel ocupado pertenece a la banda de conduccin, el
electrn puede moverse libremente por todo el cristal, pudiendo )ormar parte de unacorriente el(ctrica.
Entre la banda de valencia y la de conduccin e-iste una banda pro'ibida, cuyos
niveles no pueden ser ocupados por ning"n electrn del ristal. ?a magnitud de ese
TEORA DE SEMICONDUCTORES $
http://www.rincondelvago.com/http://www.rincondelvago.com/http://www.rincondelvago.com/http://www.rincondelvago.com/ -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
banda pro'ibida son permite de)inir otra di)erencia entre los semiconductores,
aislante y conductores.
En la )igura : se puede observar la estructura de los niveles o bandas de energa
seg"n el tipo del material. ?a magnitud de la banda pro'ibida #Eg% de algunos
semiconductores sonA para el +ilicio #+i% es apro-imadamente de 1,11 e3, 4ermanio
#4e% de 0,
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
banda de conduccinG cosa que no puede 'acerse con los metales, cuya
conductividad es constante, o m&s propiamente, poco variable con la
temperatura.
Es importante notar que la conductividad el(ctrica de los semiconductores es
directamente proporcional a la temperatura, y por ello se a)irma que su coeficiente
trmico de conductividad es positivo, a di)erencia de los metales cuyo coe)iciente
t(rmico de conductividad es negativo.
Estos coe)icientes son positivos, al aumentar la temperatura la resistividad de los
metales aumenta o, en )orma equivalente, su conductividad disminuye.
5or lo contrario, a temperaturas normales #apro-. /;I%, la conductividad de los
semiconductores aumenta en un ; por cada grado de incremento en la temperatura.
NOTAA Jo debe con)undirse la resistivia del material con la resistencia del mismo.
?a resistividad es una propiedad caracterstica de cada material, mientras que la
resistencia depende de la )orma geom(trica.
?a corriente en los conductores se debe al movimiento de los electrones libres
mientras que en los semiconductores se debe al movimiento de los electrones libre y
los 'uecos.
.- Ti"o# de Semiconductore#
.1 Semiconductore# Intr)n#eco
+on los cristales semiconductores puros. * temperatura ambiente se comporta comoun aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y 'uecos debidos a la
energa t(rmica. En ellos, el n"mero de 'uecos es igual al n"mero de electrones y es
)uncin de la temperatura del cristal.
TEORA DE SEMICONDUCTORES
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
?a conductividad en ellos a una temperatura ambiente no suele ser muy alta, y la
cantidad de electrones libres es igual a la cantidad de 'uecos presente en el cristal
debido al )enmeno de recombinacin. +ucede que, a una determinada temperatura,
las velocidades de creacin de pares e', y de recombinacin se igualan, de modo que
la concentracin global de electrones y 'uecos permanece invariable. +iendo n la
concentracin de electrones #cargas negativas% y p la concentracin de 'uecos #cargas
"ositivas%, se cumple queA
pnni == #1%
+iendo ni la concentr$cin intr)n#ec$del semiconductor, )uncin e-clusiva de la
temperatura. +i se somete el cristal a una di)erencia de tensin, se producen dos
corrientes el(ctricas. 5or un lado la debida al movimiento de los electrones libres de
la banda de conduccin, y por otro, la debida al despla!amiento de los electrones en
la banda de valencia, que tender&n asaltara los 'uecos pr-imos, originando una
corriente de /ueco#en la direccin contraria al campo el(ctrico cuya velocidad y
magnitud es muy in)erior a la de la banda de conduccin.
= TkE
i
g
eTBn KK//L: KK
#/%
6ondeA
A onstante del material semiconductor especi)ico
EgA Es la magnitud del nivel de energa entre banda
A emperatura en grado Delvin #D%
M A onstante de olt!mann 8
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
.&.- Semiconductore# E0tr)n#eco
5ara aumentar la conductividad en un semiconductor intrnseco se somete al
semiconductor a un proceso de dopado, el cual consiste en agregar de una )orma
controlada &tomos o impure!as para cambiar sus caractersticas el(ctricas y as
convertirlo en e-trnseco y dependiendo del tipo de impure!as o &tomos aFadidos
podemos tener dos tipos de semiconductores e-trnsecos.
.&.1.- Semiconductore# E0tr)n#eco Ti"o N
Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le 'an aFadido &tomoso impure!as pentavalentes #; electrones de valencia%, entre las podemos que
mencionar =s)oro #5%, ars(nico #*s%, *ntimonio #+b%, las cuales son llamadas
tambi(n impure!as donadoras las cuales aFaden un electrn libre a al cristal a
temperatura ambiente ya que los cuatros restantes )ormaron enlace covalente con los
&tomos vecinos del semiconductor. Ellas introducen un nivel donador entre la banda
de valencia y la banda de conduccin pero mas cercano a esta "ltima.
En ellos a una temperatura cualquiera e-istir&n m&s electrones que 'uecos, los cuales
ser&n llamados portadores mayoritarios a los electrones y portadores minoritarios a
los 'uecos en este caso. En la )igura $ se puede ver un cristal de silicio al cual se le a
aFadido un &tomo de )s)oro #5% el cual genera un electrn libre.
TEORA DE SEMICONDUCTORES 8
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. $. ristal de +ilicio contaminado con &tomos de =s)oro #?iberacin de un electrn% y &tomos deoro #*bsorcin de un electrn%. =uenteABBB.acapomil.cl
En la )igura ; se muestra el nuevo nivel de energa de un semiconductor con &tomos
donadores #por ejemplo 5 en +i%, el nivel dador se encuentra justo por debajo de la
banda de conduccin. ?os electrones #N% son promocionados )&cilmente a la banda de
conduccin. El semiconductor es de tipon.
=ig. ;. Jivel donador o dador introducido por los &tomos pentavalentes
TEORA DE SEMICONDUCTORES 9
http://www.acapomil.cl/http://www.acapomil.cl/ -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=uenteABBB.cpi.uc.edu.ve
.&.&.- Semiconductore# E0tr)n#eco Ti"o P
Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le 'an aFadido &tomos
o impure!as trivalentes #: electrones de valencia%, entre las podemos que mencionar
oro #%, 2ndio #2n%, *luminio #*l%, 4alio #4a% las cuales son llamadas tambi(n
impure!as aceptadoras las cuales generan un 'ueco en el cristal a temperatura
ambiente ya que tres de sus electrones de valencia )orman enlace covalente con los
&tomos vecinos del semiconductor y queda un vaco en un de los enlaces covalentes o
simplemente no se llega a )ormar el enlace. Ellas introducen un nivel aceptador entre
la banda de valencia y la banda de conduccin pero m&s cercano a la primera. En
ellos a una temperatura cualquiera e-istir&n m&s 'uecos que electrones, los cuales
ser&n llamados portadores mayoritarios a los 'uecos y portadores minoritarios a los
electrones en este caso, contrario a los semiconductores e-trnsecos tipo J. En la
)igura $ se puede ver un cristal de silicio al cual se le 'a aFadido un &tomo de boro
#% el cual genera un 'ueco. En la )igura < se muestra el nuevo nivel de energa
aFadido en un semiconductor con &tomos aceptores #por ejemplo B en +i%, el nivel
aceptor se encuentra justo por encima de la banda de valencia. ?os electrones son
promovidos )&cilmente al nivel aceptor dejando agujeros positivos #O% en la banda de
valencia. El semiconductor es de tipop.
TEORA DE SEMICONDUCTORES 10
http://www.cpi.uc.edu.ve/http://www.cpi.uc.edu.ve/http://www.cpi.uc.edu.ve/ -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig.
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
nNpN AD +=+ #$%
uando tenemos un material tipo n, que tenga J *H 0. El n"mero de electrones ser&
muc'o mayor que el n"mero de 'uecos por lo tanto se puede apro-imar la ecuacin
anterior aA
DNn Dn Nn #;%
5or lo tanto, lo portadores minoritarios, los 'uecos se calculan utili!ando la ley de
accin de masaA
D
in
N
np
/
= #
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
tiempo% depender& de la )uer!a que act"a #qKE%, del n"mero de portadores e-istentes
y de la movilidad con que estos se mueven por la red, es decirA
EqnJ nn KKK= #8%
6ondeA
nJ A 6ensidad de corriente de los electrones
n A ovilidad de los electrones en el material
n A oncentracin de los electrones
q A arga el(ctrica #1,< K 1019%
E A ampo el(ctrico aplicado.
?a movilidad n es caracterstica del material, y est& relacionada con la capacidad de
movimiento del electrn a trav(s de la red cristalina.
"#ecos4El campo el(ctrico aplicado ejerce tambi(n una )uer!a sobre los electrones
asociados a los enlaces covalentes. Esa )uer!a puede provocar que un electrn
perteneciente a un enlace cercano a la posicin del 'ueco salte a ese espacio. *s, el
'ueco se despla!a una posicin en el sentido del campo el(ctrico. +i este )enmeno se
repite, el 'ueco continuar& despla!&ndose. *unque este movimiento se produce por
los saltos de electrones, podemos suponer que es el 'ueco el que se est& moviendopor los enlaces.
=ig. 7.ovimiento de los 'uecos debido al movimiento de los electrones=uenteABBB.in)oab.uclm.es
TEORA DE SEMICONDUCTORES 1:
http://www.info-ab.uclm.es/http://www.info-ab.uclm.es/ -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
?a carga neta del 'ueco vacante es positiva y por lo tanto, se puede pensar en el
'ueco como una carga positiva movi(ndose en la direccin del campo el(ctrico.
bs(rvese en la )igura 7 que los electrones individuales de enlace que se involucran
en el llenado de los espacios vacantes por la propagacin del 'ueco, no muestran
movimiento continuo a gran escala. ada uno de estos electrones se mueve
"nicamente una ve! durante el proceso migratorio. En contraste, un electrn libre se
mueve de )orma continua en la direccin opuesta al campo el(ctrico.
*n&logamente al caso de los electrones libres, la densidad de corriente de 'uecos
viene dada porA
EqpJ pp KKK= #9%
6ondeA
pJ A 6ensidad de corriente de los 'uecos
p A ovilidad de los 'uecos en el material
p A oncentracin de 'uecos
q A arga el(ctrica #1,< K 1019%
E A ampo el(ctrico aplicado.
?a movilidad p es caracterstica del material, y est& relacionada con la capacidadde movimiento del 'ueco a trav(s de los enlaces de la red cristalina. ?a )acilidad de
despla!amiento de los 'uecos es in)erior a la de los electrones.
onsiderando a'ora el caso de un semiconductor que disponga de 'uecos y
electrones, al que sometemos a la accin de un campo el(ctrico. Remos visto cmo
los electrones se mueven en el sentido opuesto a la del campo el(ctrico, mientras que
los 'uecos lo 'ar&n seg"n el campo. El resultado es un )lujo neto de cargas positivas
en el sentido indicado por el campo, o bien un )lujo neto de cargas negativas ensentido contrario. En de)initiva, la densidad de corriente total es la suma de las
densidades de corriente de electrones y de 'uecosA
pnTotalArrastre JJJ += #10%
3.& Corriente de di5u#in
TEORA DE SEMICONDUCTORES 1$
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
En segundo lugar tenemos el )enmeno de di)usinG por regla las cargas electrones y
'uecos, se mueven en sentido del gradiente de concentracin, van de regiones de
mayor concentracin a regiones de menor concentracin para )avorecer el equilibrio
de las cargasG este movimiento genera una corriente proporcional al gradiente de
concentracin.
?a di)usin no depende del valor absoluto de la concentracin de portadores, sino
solamente de su derivada espacial, es decir, de su gradiente la cual obedece Le* Fic6
es la relacin de proporcionalidad entre la densidad de corrientey el gradiente de
concentracin de portadores de carga debido al )enmeno de la di)usin.
nqDJ =
KK #11%
6ondeJes la densidad de corriente #en *Lm/%, D es la di)usividad #en m/Ls%, q la
carga de los portadores #en % y n #o p % el gradiente de concentracin de
electrones #o 'uecos% #en electrones o 'uecos Lm$%.
En los metales, la di)usin no es un proceso de importancia, porque no e-iste un
mecanismo mediante el cual se pueda generar un gradiente de densidad. 6ado que en
un metal "nicamente 'ay portadores negativos de carga, cualquier gradiente de
portadores que se pudiera )ormar desequilibrara la neutralidad de la carga. El campoel(ctrico resultante creara una corriente de arrastre, que de manera instant&nea
anulara el gradiente antes de que pudiera darse la di)usin. 5or el contrario, en un
semiconductor 'ay portadores positivos y negativos de carga, por lo que es posible la
e-istencia de un gradiente de densidad de 'uecos y de electrones, mientras se
mantiene la neutralidad de la carga.
En un semiconductor, los componentes de la densidad de corriente de di)usin
pueden e-presarse de )orma unidimensional mediante la ecuacinA
dx
dpDq
dx
dnDqJ pnTotalDifusin KKKKS = #1/%
El segundo t(rmino de la e-presin tiene signo negativo porque la pendiente negativa
de los 'uecos da lugar a una corriente negativa de los 'uecos.
6ondeA
TEORA DE SEMICONDUCTORES 1;
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/campos/ayuda/hlpgradiente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusion.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/campos/ayuda/hlpgradiente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusion.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/corriente/ayuda/hlpdensidadcorriente.htmhttp://personales.upv.es/jquiles/prffi/semi/ayuda/hlpdifusividad.htm -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
DifusinJ A 6ensidad de 6i)usin total
pD A 6i)usividad de los 'uecos
nD A 6i)usividad de los electrones
n A oncentracin de electrones
p A oncentracin de 'uecos
q A arga el(ctrica #1,< K 1019%
7.- Re$cin de Ein#tein
Establece la relacin entre la constante de di)usin #di)usividad% y la movilidad de
cada portador ya que ambas son )enmenos estadsticos termodin&micas y no son
independientes. Esta relacin viene dada por la ecuacin de Einstein
T
p
p
n
n !DD
==
#1/%
6onde T! es el T5otencial equivalente de emperaturaU, de)inido porA
q
Tk!T
K= #1:%
k A onstante de olt!mann #1,:8K10/:VL D%G A emperatura en DelvinG qA arga
del electrn #1,
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
TEORA DE DIODOS
CAPTULO IITEORA DE DIODOS
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
CAPTULO II
TEORA DE DIODOS
1.- E Diodo
>n diodo no es m&s que la unin de un semiconductor tipo 5 con un semiconductor
tipo J a la que se le 'an aFadido / terminales uno en la parte p y otro en la parte n,
para poder acoplarse a un circuito. En la )igura 8 se puede observar una
representacin ideali!ada de la unin 5J.
=ig. 8. >nin 5J=uenteA El autor
Es decir que el semiconductor de la regin 5 tiene impure!as de tipo aceptadora y de
concentracin J* y la regin J tiene impure!as de tipo donadora J6. * la
temperatura ordinaria esas impure!as son ioni!adas. >na impure!a aceptadora J*da
un 'ueco libre mvil y una impure!a donadora J6 da un electrn libre mvil.
6espu(s esas impure!as )orman iones cargados, )ijos en la red, iones negativos en la
regin 5 e iones positivos en la regin J respecto a la caracterstica de la neutralidad
de los semiconductores antes del movimiento de los portadores.
uando los tro!os de semiconductores entran en contacto, comien!a a actuar los
mecanismos de di)usin tanto en los electrones del semiconductor J como en los
TEORA DE DIODOS 18
Rueco
Electrn
>nin
2on *ceptador 2on 6onador
ipo TpU ipo TnU
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
'uecos del semiconductor 5. El mecanismo de di)usin act"a de modo similar al
comportamiento de un gas.
5or Ejemplo, los 'uecos del semiconductor 5, cuando se ven unidos a un tro!o de
semiconductor en el que la presencia de 'uecos es casi nula #+emiconductor J%,
comien!an a despla!arse 'acia el semiconductor tipo J.
*'ora bien, tal como lo 'ara un gas, los 'uecos que se encuentran en la )rontera con
el semiconductor J comien!an a despla!arse 'acia la !ona del semiconductor tipo n,
con el propsito de equilibrar la concentracin de 'uecos a lo largo de toda la unin
pn.
curre e-actamente lo mismo con los electrones del semiconductor J que seencuentran en la )rontera con semiconductor tipo 5 donde apenas 'ay unos cuantos
electrones, comien!an a despla!arse 'acia la !ona del semiconductor tipo 5.
WXue ocurrira si los 'uecos de la !ona 5 se dirigen a la !ona J y los electrones de la
!ona J se dirigen a la !ona 5Y
omo los electrones se dirigen a un sitio con muc'os 'uecos, se recombinan con los
'uecos, y como los 'uecos se dirigen a un sitio con muc'os electrones, tambi(n se
recombinan con los electrones, esto conlleva que en la !ona pr-ima a la unin se
produ!ca un vaciamiento de portadores libres #electrones y 'uecos%, quedando por lo
tanto en presencia de los iones de los semiconductores, cargada positivamente en el
semiconductor J y negativamente en el 5. *'ora bien, con)orm( se va )ormando esa
regin de carga espacial o tambi(n conocida como regin de agotamiento, entorno a
la unin, se va creando un campo el(ctrico E en dic'a regin de carga, y dirigido de
la parte positiva a la negativa como se puede observar en la )igura 9.
TEORA DE DIODOS 19
Tipo"p#
Tipo"n#
Rueco
Rueco
Neutro
Electrn
Electrn
Neutro
E
2on 5ositivo2on Jegativo
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 9. =ormacin de la regin de vaciamiento. =uenteA El *utorEn principio, los electrones y los 'uecos seguir&n di)undi(ndose, pero en el momento
en que )orma el campo el(ctrico este se opone al movimiento de electrones de la !onaJ a la 5 y se opone al movimiento de 'uecos de la !ona 5 a la J. 5or lo tanto 'ay, una
doble tendencia que intenta mover a los electrones y a los 'uecosA la di)usin y el
campo el(ctrico que se generan en la regin de carga espacial.
*l principio, la di)usin es su)iciente para vencer al campo el(ctrico, pero, al ir
creciendo la regin de carga espacial, el campo tambi(n crece, y cada ve! se opone
con m&s )uer!a a la di)usin. 5ero llegar& el momento en que el campo el(ctrico sea
lo su)icientemente grande como para detener el )lujo de los electrones y 'uecos
debido a la di)usin. Entonces se 'abr& llegado a una situacin de equilibrio, y 'abr&
cesado el )lujo de carga.
=ig. 10. >nin 5J en equilibrio. =uente El *utor
omo se 'a dic'o anteriormente la unin 5J con)orma un diodo. *'ora quedaaFadirle / terminales e-ternos para ver como se comporta la unin 5J cuando se le
aplica una determinada tensin entre la parte p y su parte n.
&.- Po$ri8$cin en Sentido Directo.
TEORA DE DIODOS /0
Tipo "p# Tipo "n#
Neutro Neutro
E
@egin de arga Espacial
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
+upongamos que le aplicamos una tensin positiva 36entre la parte p y n como
muestra la )igura 11.
=ig. 11. 5olari!acin en 6irecto de la unin 5J=uenteA El *utor
El 'ec'o de aplicar esa tensin 36'ace que se )orme un campo el(ctrico
DE que
atraviesa toda la unin pn, y cuyo sentido es de la !ona p a la !ona n, ese campo se
superpone en sentido opuesto al campo el(ctrico que 'aba en la regin de carga
espacial el cual disminuir&, provocando que se reanude la di)usin y se generara una
corriente el(ctrica en el sentido de p a n, debida al )lujo de 'uecos 'acia la !ona n y el
)lujo de electrones 'acia la !ona p. En tal situacin la regin de carga espacial 'abr&
disminuido. 3er )igura 1/.
TEORA DE DIODOS /1
Tipo "p# Tipo "n#
3
6
DE
E
Tipo
"p#
Tipo
"n#
36
DE
E
RuecoElectrn
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 1/. irculacin de orriente en la >nin 5J=uenteA El *utor
?a corriente es debida en su mayor parte al movimiento de los portadores
mayoritarios tanto de los 'uecos como de los electrones.
.- Po$ri8$cin en Sentido In+er#o
+upongamos que le aplicamos una tensin positiva 36entre la parte n y p como
muestra la )igura 1:.
=ig. 1:. 5olari!acin en 2nverso de la >nin 5J=uenteA El *utor
*l aplicar m&s tensin a la parte J que a la parte 5 se genera un campo el(ctrico
DE
dirigido de la !ona J a la !ona 5, que se superpondr& al campo de la regin de cargaespacial, y, al ser del mismo sentido, dar& como resultado que el campo el(ctrico E
de la regin de carga aumenteG al ser el campo el elemento que se opone a la di)usin,
entonces, al aumentar imposibilitara aun m&s la di)usin. El resultado es que, al igual
TEORA DE DIODOS //
Tipo "p# Tipo "n#
3
6
DE
E
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
que en el equilibrio, no circulara corriente a trav(s de la unin, pero esta ve! 'abr&
aumentado la regin de carga espacial. omo se puede observar en la )igura 1$.
=ig. 1$. *umento de la @egin arga Espacial=uenteA El *utor
En la polari!acin 2nversa se dice que no 'ay circulacin de corriente signi)icativa a
trav(s de la unin pero en realidad e-iste una pequeFsima corriente el(ctrica que es
debida a los portadores minoritarios y )luye de la !ona J a la !ona 5 la cual recibe el
nombre de corriente inversa de saturacin.
.- C$r$cter)#tic$# De Un Diodo En Unin PN
atem&ticamente, la relacin e-istente entre la tensin directa 36 que soporta la
unin y la corriente que )luye de la !ona 5 a la !ona J viene dada por la siguiente
e-presinA
TEORA DE DIODOS /:
E
3
6
DE
Tipo"p#
Tipo"n#
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
%1# = TD
!
!
$ e #1$%
Esta es la e-presin #36% de una unin ideal. En una unin real, es similar pero no
del todo id(ntica.
6ondeA
A Es la intensidad de corriente que atraviesa el diodo.
36A Es di)erencia de tensin en los e-tremo del diodo
+A Es la intensidad de corriente de saturacin #Es decir valores negativos de 36%
3 A Es una onstante que varia con la temperatura conocido como T3oltaje
(rmicoU o T5otencial equivalente de emperaturaU y que para una temperatura de
:00D tiene un valor deA
m!!!T 9,/;0/;9,0 ==
?a gr&)ica de esta relacin tensin corriente es evidenteA
=ig. 1;. urva aracterstica del 6iodo=uenteA El *utor.
TEORA DE DIODOS /$
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
+i a la unin 5J se le aplica una tensin inversa muy grande, entonces por ella
circular& una corriente inversa considerable, debida a dos mecanismos.
A+$$nc/$ 9Diodo# Poco Do"$do#:4
+i la tensin inversa es muy grande, entonces el campo el(ctrico que soporta la
unin tambi(n lo es.
omo ese campo atraviesa toda la unin, es capa! de captar tanto electrones
minoritarios de la !ona 5 como 'uecos de la !ona J, y acelerarlos muc'o, de tal
modo que, tan grande es su energa cin(tica, que al colisionar con los enlaces de
la red cristalina, se llevan por delante a otros tantos electrones # es decir, rompen
los enlaces, liber&ndose electrones%, que, por el mismo mecanismo, pueden seguir
rompiendo mas enlaces y en consecuencia generan al )inal una gran cantidad de
electrones en movimientos que dan lugar a la corriente el(ctrica.
E5ecto ;ener 9 Diodo# mu* Do"$do#:4
El e)ecto !ener se basa en la aplicacin de tensiones inversas que originan )uertes
campos el(ctricos que producen la rotura de los enlaces covalentes dejando as
electrones libres capaces de establecer la conduccin y no requiere la aceleracin
de un portador de carga #'uecos o electrones% debida al campo. El e)ecto !ener esreversible y as no es destructible cuando se limita la corriente a un valor no
demasiado elevado para que no se )unda la unin.
6e ese modo, la gra)ica real de la corriente que circula por la unin en sentido de
5 'acia J en )uncin de la tensin directa ser&A
TEORA DE DIODOS /;
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 1
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 17. @epresentacin +imblica y =sica del 6iodo
3.- Re#i#tenci$# de Diodo#uando el punto de operacin de un diodo se mueve desde una regin a otra, la
resistencia del diodo tambi(n cambia debido a la )orma no lineal de la curva
caracterstica, si se anali!a un diodo trabajando en r(gimen de continua o si est&
trabajando en pequeFa seFal, lo cual signi)ica que se aplica una seFal alterna montada
sobre un nivel de continua. +e puede 'ablar de / tipos de resistencia a saberA
@esistencia Est&tica.
@esistencia 6in&mica.
3.1.- Re#i#tenci$ E#t?tic$.
+e obtiene al aplicar voltaje directo, el punto de operacin no cambia con el tiempo,
es decir la resistencia est&tica de un diodo es independiente de la caracterstica en la
regin entorne al punto de inter(s solo depende del 3oltaje y la corriente en el punto
de polari!acin #X%. Este punto corresponde a una tensin de polari!acin que por un
valor determinado da una corriente constante en r(gimen continuo.
TEORA DE DIODOS /7
d
dD
%
!& =
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 18. @epresentacin del punto X sobre la curva caracterstica de 6iodo
3.&.- Re#i#tenci$ Din?mic$
?a resistencia del diodo cambia con la corriente que le atraviese, por lo tanto se
de)ine una resistencia en cada punto de la caracterstica por la e-presinA
Dr +e llama resistencia o din&mica de la unin, que corresponde a la resistencia
interna del diodo.
4r&)icamente la resistencia din&mica Dr es un punto de la caracterstica y se mide
por la pendiente de la recta tangente en ese punto.
ericamente de la ecuacin %1# = TD
!
!
$ e
T
D
T
$
D !
!e
!
%
d!
d%
r
11==
5ero en la polari!acin directa
T
!
!
$!
%
d!
d%e T
D
=
%
!r TD =
?a relacin anterior de la e-presin de la resistencia de unin correspondiente a la
corriente que la atraviesa es decir, que )ija el punto sobre la curva caracterstica #3%llamado punto de polari!acin. ?a resistencia di)erencial Dr cambia el punto de
polari!acin sobre la curva caracterstica.
* la temperatura ambienteA
Dr H /;,9 [ cuando H 1m*
TEORA DE DIODOS /8
d%
d!rD=
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
Dr H /,;9 [ cuando H 10m*
Dr H /,;9D[ cuando H 10\*
?a resistencia di)erencial o din&micad%
d!rD = se puede determinar gr&)icamente por
la medicin de la pendiente de la tangente a la curva caracterstica en el punto de
polari!acin. Esa pendiente daDr
1 .
E-perimentalmente se puede tambi(n notar la resistencia din&mica del diodo Dr
como la ra!n de una pequeFa variacin de voltaje 3 y de la variacin
correspondiente de la intensidad .
%
!rD
=
5r&cticamente se toma una pequeFa variacin de la alrededor del punto de
polari!acin y se nota la variacin correspondiente del 3. Esas variaciones deben
ser pequeFas porque la caracterstica se apro-ima a una recta y eso es e-acto sobre un
pequeFo intervalo alrededor de .
TEORA DE DIODOS /9
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. 19 @esistencia din&mica y 3ariacin del punto X
7.- In5uenci$ De L$ Tem"er$tur$ So>re L$# Pro"ied$de# De L$ Unin
?os semiconductores dependen muc'o del e)ecto de la temperatura. En el caso de los
diodos la temperatura cambiaA
* la corriente directa constante, el valor de la tensin a los bornes del diodo.
* la tensin inversa constante, el valor de la corriente inversa de saturacin +
Esos e)ectos se denominan T6erivas (rmicasU.
7.1.- In5uenci$ de $ tem"er$tur$ #o>re $ corriente de S$tur$cin S
?a corriente inversa de la unin viene del )lujo de los portadores minoritarios en la
unin. Es decir que la variacin de + en )uncin de la temperatura sigue la ley de
variacin de la generacin de los portadores en )uncin de la temperatura.
TEORA DE DIODOS :0
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
= TkE
$
g
eTB% K: KK
El t(rmino 'TEg
e
de la ecuacin anterior, cambia muc'o m&s que :alrededor de la
temperatura ambiente #:00 D%.
%#
0101%#%#
TT'
$$ieT%T%
=
6onde MiH 0,07/LH 7,/L, resulta
10L%#
0101/%#%# TT$$ T%T%
=, #e0,7//%
T+se duplica apro-imadamente cada 10 de aumento de U
?a corriente inversa de los diodos de +i es menor que la corriente inversa para los
diodos 4e. Esta corriente aumenta r&pidamente cuando aumenta la temperatura.
7.&.- In5uenci$ de $ tem"er$tur$ #o>re $ ten#in direct$ $ o# >orne# de $
unin.
6e manera general la tensin a los bornes de un diodo de unin 5J de +i o 4e
polari!ada a corriente constante, disminuye cuando ambiente aumenta de 1.
%#%#%# 1/1/ TTkT!T! vDD =
Tk! vD =
1, /emperatura
Dvcoe)iciente de temperatura 3L #usado en termmetros%
/,; m3L 4ermanio
/,0 m3L +ilicio
1,; m3L +c'ottMy
=ig. /0 2n)luencia de la temperatura sobre la tensin del diodo.
TEORA DE DIODOS :1
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
@.- E#uem$ Eui+$ente de Diodo en R,(imen Aterno.
apacidad de agotamiento o ransicin.
apacidad de 6i)usin.
@.1.- C$"$cid$d de A(ot$miento o de Tr$n#icin
6el comportamiento de la unin(N en la regin inversa observamos la analoga entre
la capa de agotamiento #o deple-in% y un condensador. * medida que cambia el
voltaje en paralelo con la unin(N, la carga almacenada en la capa de agotamiento
cambia de con)ormidad. En la )igura /1 se muestra una curva caracterstica tpica de
carga versus el voltaje e-terno aplicado de una unin(N.
=ig. /1urva aracterstica de la apacidad de agotamiento
uando el dispositivo se polari!a en inverso y la variacin de la seFal alrededor del
punto de polari!acin es pequeFa como se ilustra se puede usar una apro-imacin de
capacitancia lineal. 6esde esta apro-imacin a pequeFa seFal, la capacidad de
agotamiento o transicin es simplemente la pendiente de la curva qJversus !& en el
punto ) de polari!acin.
TEORA DE DIODOS :/
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=&cilmente derivando se puede 'allar una e-presin para *+. +i tratamos la capa de
agotamiento como un condensador de placas planas paralelas obtenemos una
e-presin id(ntica para *+.
?a e-presin resultante para *+se puede escribir en una )orma conveniente
+iendo *+oel valor de *+obtenido para voltaje aplicado cero !&H !)H 0
El an&lisis precedente y la e-presin para *+ se aplican para uniones en las que la
concentracin de portadores se 'ace cambiar abruptamente en la )rontera de la unin.
>na )rmula m&s general para *+es
6onde m es una constante cuyo valor depende de la manera en que cambia la
concentracin del lado ( al lado N de la unin. +e denomina coe5iciente de
di#tri>ucin, y su valor es de B a . ambi(n se conoce C$ CT.
5ara resumir, a medida que un voltaje de polari!acin inversa se aplica a una unin
(N, ocurre un transitorio durante el que la capacitancia de agotamiento se carga al
nuevo voltaje de polari!acin. >na ve! que gradualmente desapare!ca el transitorio,
TEORA DE DIODOS ::
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
la corriente inversa de estado estable es simplemente $. En realidad, corrientes de
'asta unos pocos nanoamperes #109*% circulan en direccin inversa, en dispositivos
para los que $es del orden 101;*. Esta gran di)erencia se debe a )uga y otros e)ectos.
*dem&s, la corriente inversa depende en cierta medida de la magnitud del voltaje
inverso, contrario al modelo terico, que e-presa que $ independiente del valor
del voltaje inverso aplicado. Jo obstante lo anterior, debido a que intervienen
corrientes muy bajas, por lo general no nos interesamos en los detalles de la curva
caracterstica iv del diodo en la direccin inversa.
En la =igura // se observa la variacin de CT en )uncin de !¶ dos diodos
tpicos.
=ig. //3ariaciones de CTen )uncin de !¶ dos diodos picos
+e observa de la )igura // que cuanto mayor sea la tensin inversa, mayor es el anc'o
,agotde la regin de agotamiento o de carga espacial, y como consecuencia, menor la
capacidad *+.
TEORA DE DIODOS :$
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
6e manera an&loga, si aumenta la tensin directa, ,agotdisminuye y *+aumenta. En
ciertos circuitos se utili!a este e)ecto de la variacin de la capacidad con la tensin de
una unin(Npolari!ada inversamente.
@.&.-C$"$cid$d de Di5u#in
6e la descripcin de la operacin de la unin 5J en la regin de sentido directo
observamos que, en estado estable, cierta cantidad de e-ceso de carga de portadores
minoritarios se almacena en la mayor parte de cada una de las regiones ( y N con
carga neutra. +i cambia la tensin entre terminales, este cambio )inali!ar& antes que
se alcance un nuevo estado estable. Este )enmeno de carga y almacenamiento dalugar a otro e)ecto capacitivo, muy di)erente del que se debe al almacenamiento de
carga en la regin de agotamiento.
5ara pequeFas variaciones de carga situadas alrededor de un punto de polari!acin,
podemos de)inir la capacitancia de di)usin a pequeFa seFal *dcomoA
Q podemos demostrar que
6onde es la corriente del diodo en el punto de polari!acin. Jtese que *d es
directamente proporcional a la corriente del diodo y es, por lo tanto, tan pequeFa
que es despreciable cuando el diodo se polari!a inversamente. Jtese tambi(n que
para mantener una *dpequeFa, el tiempo de tr&nsito Tdebe 'acerse pequeFo, lo cual
es un requisito importante para diodos destinados para operacin a alta velocidad o
alta )recuencia.
.- Modeo# o A"ro0im$cione# de Diodo.
TEORA DE DIODOS :;
-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
-odelo %deal
-odelo de cada de volta+e constante
-odelo /ineal por tramos
.1.- Modeo Ide$
>n modelo "til para una gran variedad de instancias de an&lisis es el TidealU, que
describe al diodo como una v&lvula unidireccional, esto es, como un conductor
per)ecto cuando es polari!ado directamente #positivo en el &nodo, negativo en el
c&todo%, y como un aislador per)ecto cuando es polari!ado negativamente.
?a )igura /: muestra la gra)ica el modelo ideal.
=ig. /: urva 3 vs de un 6iodo 2deal
+i 6 es positiva, 36es cero, y se dice que el diodo est& en estado n #encendido%.
+i 36es negativo, 6es cero, y se dice que el diodo est& en estado )) #apagado%.
El modelo ideal se puede utili!ar si el conte-to del circuito se puede presumir que los
voltajes ser&n de magnitud su)iciente para asegurar uno u otro estado de operacin de
los diodos, y si, )rente a esos niveles de voltaje y corriente, los voltajes de conduccin
y las corrientes inversas resultan despreciables. ambi(n resulta muy "til el modelo
ideal si lo que se requiere es la comprensin del )uncionamiento de un circuito
#cualitativo% m&s que un an&lisis e-acto #cuantitativo%.
TEORA DE DIODOS :
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
En este modelo se sustituyen o se reempla!an en el circuito el smbolo de diodo por
cortocircuitos #los supuestos en estado n% y por circuitos abiertos #los supuestos en
estado ))%.
.&.- Modeo de C$)d$ de Ten#in Con#t$nte
En este modelo no solo se sustituyen o se reempla!an en el circuito el smbolo de
diodo por cortocircuitos los que est&n en estado n y por circuitos abiertos los que
est&n en estado )), sino que se lo agrega una )uente de tensin en serie al diodo al
diodo ideal, el valor de la )uente es la tensin umbral del diodo. En la )igura /$ se
puede observar la curva caracterstica 3 vs de diodo bajo usando esta apro-imacin
o modelo.
=ig. /$odelo de cada de voltaje constante de la caracterstica directa del diodo y la@epresentacin de su circuito equivalente.
..- Modeo Line$ "or Tr$mo#
*lgunas aplicaciones cuyas solucin requiere de mayor precisin obligan a mejorar el
modelo anterior, 'aciendo consideracin tanto del voltaje de umbral #!D01 #di)erente
de 0]3^% como del car&cter )inito de la pendiente de la curva 3.
TEORA DE DIODOS :7
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. /; odelo lineal por tramos de la caracterstica directa del diodo y su circuito equivalente.
rDH /0 [G DH 0, !D_!D0G DH #!D` !D0%LrD2 5ara 3D !D0
rD3 @esistencia interna del diodo v&lida tanto para condiciones est&ticas como
din&micas
1.- P$r?metro# * E#"eci5ic$cione# E,ctric$# De Lo# Diodo
?a construccin de un diodo determina la cantidad de corriente que es capa! de
manejar, la cantidad de potencia que puede disipar y la tensin inversa pico que puedesoportar sin daFarse. * continuacin se lista los par&metros principales que se
encuentran en la 'oja de especi)icaciones del )abricante de un diodo recti)icadorA
1. ipo de dispositivo con el n"mero gen(rico de los n"meros del )abricante.
/. ensin de pico 2nverso 9PI
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
7. apacitancia m&-ima 9c:.
8. 6isipacin de 5otencia.
9. urvas de degradacin de corriente.
10. urvas caractersticas para cambio en temperatura de tal )orma que el
dispositivo se pueda estimar para altas temperaturas.
TEORA DE DIODOS :9
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig./< Roja de Especi)icaciones del =abricante *Q7:
TEORA DE DIODOS $0
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig./7 urvas El(ctricas picas del 6iodo *Q7:
TEORA DE DIODOS $1
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
11.-
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
El m(todo aplicado es igualmente v&lido para todos los diodos sin incluir los
recti)icadores de alta tensin empleados en televisores transistori!ados, como por
ejemplo diodos de potencia para )uentes de alimentacin, diodos de seFal, diodos
varicap, diodos !ener, etc., ya sean de germanio o de silicio.
Ray que observar que cuando se utili!a un multmetro digital que tiene una posicin
para el diodo, puede llevarse a cabo una prueba din&mica de este dispositivo
semiconductor. on un diodo en buenas condiciones, el voltaje de polari!acin
directa que despliega el mutmetro debe ser, apro-imadamente, de 0,7 3. El
procedimiento anterior es la mejor prueba para veri)icar el estado de un diodo
ab
=ig. /8 3eri)icacin del estado de un diodo con un o'metro.a. uando el diodo est& polari!ado en sentido directo, la lectura del o'metro es bajab. +i el diodo se polari!a en sentido inverso, la lectura del o'metro indica una
resistencia muy alta #in)inita%.
=ig. /9
TEORA DE DIODOS $:
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
JotaA En los multimetros analgicos, la punta roja corresponde al negativo de labatera interna.
TEORA DE DIODOS $$
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
TIPOS DE DIODOS
Recti5ic$dor
;ener
Tune
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
TEORA DE DIODOS $
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
CAPTULO III
TIPOS DE DIODOS
+eg"n su construccin, se podra decir que e-isten dos tipos de diodosA de ontacto
por punta y de unin.
/os de contacto por punta est&n )ormados por un cristal semiconductor montado
sobre una base de metal y por un alambre terminado en punta, la cual 'ace contacto a
presin con el semiconductor. >n erminal de cone-in e-terior va soldado al
e-tremo libre del alambre y el otro a la base del metal. El alambre suele ser dealeacin de platino, tungsteno, bronce )os)oroso, etc. El cristal semiconductor, de
silicio tipo 5 o germanio tipo J. En realidad, no e-iste unin 5J en este tipo de
diodo.
/os diodos de uninest&n )ormado por la unin de dos cristales de di)erentes clases
uno tipo J y otro tipo 5. ?os terminales de cone-in e-teriores van unidos a las
super)icies e-tremas de los cristales. Este tipo de diodo trabaja con potencias m&s
elevadas que los de contacto por punta.
*lgunos diodos dentro de los dos tipos planteados sonA
1. Diodo ;ener
El diodo !ener corresponde a una unin 5J particular polari!ada en sentido inverso
es decir que el c&todo #D% se conecta a un potencial m&s elevado que el &nodo #*%, se
caracteri!a porque conduce en la !ona inversa a partir de una tensin negativa 3.
iene tres !onas de )uncionamiento, la !ona de polari!acin en sentido directo tiene
las mismas caractersticas que el diodo recti)icador o de propsito general, mientrasque en polari!acin en sentido inverso se di)erencian dos !onas, una en la que el
diodo no conduce y en la que si conduce o permite la circulacin de corriente, y la
tensin tiene un valor menor o igual a la tensin ener o de ruptura #3 %, Esta tensin
TIPOS DE DIODOS $7
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
de ruptura depende de las caractersticas de construccin del diodo, se )abrican desde
/ a /00 voltios.
=ig. :0 urva aracterstica del 6iodo ener
?as caractersticas que di)erencian a los diversos diodos ener entre si sonA
ensiones de polari!acin inversa, conocida como Ten#in ;ener. Es la
tensin que el !ener va a mantener constante.
Corriente m)nim$ de 5uncion$miento. +i la corriente a trav(s del !ener es
menor, no 'ay seguridad en que el ener mantenga constante la tensin en sus
bornes
Potenci$ m?0im$ de di#i"$cin. 5uesto que la tensin es constante, nos
indica el m&-imo valor de la corriente que puede soportar el ener.
?a m&-ima corriente que puede conducir un diodo ener viene dada por la siguiente
ecuacinA
4
4-A5-ax
!
(% =
TIPOS DE DIODOS $8
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
5or tanto el ener es un diodo que al polari!arlo inversamente mantiene constante la
tensin en sus bornes a un valor llamado tensin de ener, pudiendo variar la
corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor
mnimo de )uncionamiento y el correspondiente a la potencia de !ener m&-ima que
puede disipar. +i superamos el valor de esta corriente el !ener se destruye.
1.1.-Con#truccin de un diodo ;ener
?os diodos ener se )abrican por procesos de aleacin o proceso de di)usin seg"n
sean las caractersticas que se deseen obtener. 6e modo general, podemos decir que
los diodos con tensiones de rupturas in)eriores a 93, presentan mejores caractersticas
cuando se )abrican por aleacin, mientras que cuando las tensiones de rupturas son
superiores a los 1/3 se )abrican por di)usin, pero para las tensiones entre 93 y 1/3
el proceso de )abricacin depende de otros )actores.
(roceso de 6a7ricacin por Aleacin.
Este m(todo consiste en calentar a una temperatura de
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
El tipo de encapsulado es igual que el de los diodos recti)icadores. *unque no se
comportan como ellos, es por eso que en simbologa electrnica la )orma de
representarlos es tambi(n di)erente. 3er )igura :1
?os modelos del diodo ener se )orman a partir de cualquiera de los modelos del
diodo de propsito general aFadiendo una !ona de operacin, la de conduccin
inversa. ?a e-presin en polari!acin directa permanece sin cambios, pero en le !ona
inversa 'ay que introducir una modi)icacin en la conduccin, que queda de la
siguiente )ormaA
=ig. :1 *specto =sico y +imbologa del 6iodo ener
odelo 2dealA 3_ 36_ 0 Jo 'ay circulacin de corriente
?os otros odelosA 3_ 36_ 3 Jo 'ay circulacin de corriente
1E@*pro-imacin
TIPOS DE DIODOS ;0
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
ajo esta apro-imacin el diodo se sustituye por una batera o )uente de tensin de
valor igual a tensin !ener 3.Esto solo es v&lido entre 2mny 2m&-. 3er =igura :/
/6*pro-imacin
En esta segunda apro-imacin se sustituye al diodo por una batera de valor igual a la
tensin !ener en serie con una resistencia, siendo est& el inverso de la pendiente de la
curva caracterstica en sentido inverso. 2gualmente esto solo es v&lido entre 2mn y
2m&-, 44
4D !!
&
!!%
= . 3er )igura ::.
=ig. :/ urva aracterstica del diodo !ener para la primera apro-imacin
=ig. :: urva aracterstica del diodo !ener para la segunda apro-imacin
TIPOS DE DIODOS ;1
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
El modelo m&s utili!ado del diodo !ener es el que supone que las resistencias del
diodo tanto en directo como en inverso son muy pequeFas y se desprecia dic'o valor,
quedandoA
4D
D4
D
!!%
%!!!
!!%
=
=
=
0
0
0
1.&.- Cdi(o De Identi5ic$cin De ;ener
E-isten tres tipos de identi)icacin de los diodos !ener. El m&s moderno consiste en
tres letras seguidas de un n"mero de serie y el valor que 'ace re)erencia a la tensin
!ener.
1. Es un ', indicativa de que se trata de un elemento semiconductor de silicio
/. Es una ;, indica que se trata de un diodo !ener
:. Es una Go ;indica que se trata de aplicaciones pro)esionales
6espu(s ira el n"mero de serie indicado por el )abricante y la tensin !ener,
utili!ando la 3 como coma decimal. 5or ejemploA
';G-7-2
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
tro cdigo es el que utili!a ambi(n tres letras y el n"mero de serie del )abricante,
siendoA
1. Es un O, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor.
/. Es A;, indica que se trata de un diodo !ener
:. El numero de serie del )abricante.
Q por ultimo el cdigo americano, que al igual que los diodos recti)icadores seriaA
1Nseguido por un n"mero de serie.
1..- A"ic$cione#
@egulador de tensin.
ensin de re)erencia.
ircuito ?imitador.
1..- E#"eci5ic$cione# de 5$>ric$nte
En el caso de los diodos !ener por lo general aparecen los siguientes par&metros en
las 'ojas de especi)icaciones.
ipo de dispositivo con el n"mero gen(rico o con los n"meros del )abricante.
ensin !ener nominal #tensin de temperatura por avalanc'a%.
oleranciade tensin.
&-ima disipacin de potencia #a /;I%.
orriente de prueba, 2!t.
2mpedancia din&micaa 2!t.
orriente de v(rtice.
&-ima temperatura en la unin.
oe)iciente de temperatura.
urvas de degradacin para altas temperaturas.
TIPOS DE DIODOS ;:
http://www.monografias.com/trabajos11/tole/tole.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/tole/tole.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtml -
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
&. Diodo Led Fotodiodo
%&' Dioo LED
iertos tipos de diodos son capaces de cambiar la )uente de energa el(ctrica en
)uente de energa lumnica. El diodo emisor de lu! #?E6, ?ig't emitting diode%
trans)orma la corriente el(ctrica en lu!. Es "til para diversas )ormas de despliegues, y
a veces se puede utili!ar como )uente de lu! para aplicaciones de comunicaciones por
)ibra ptica.
?os diodos emisores de lu!, se )abrican con materiales semiconductores de)ormulacin especial ]*rseniuro de 4alio #4a*s%, =os)ato de 4alio #4a5%^ que
emiten )otones de lu! visible o in)rarroja cuando conducen en polari!acin directa. En
polari!acin inversa se comportan como un diodo de propsito general, aunque se
di)erencian en que su tensin umbral de conduccin es de 1,;3 a /,/3
apro-imadamente y la gama de corrientes que debe circular por (l est& entre los 10 y
/0 miliamperios #m*% en los diodos de color rojo y de entre los /0 y $0 miliamperios
#m*% para los otros ?E6s.
5ero como resulta di)cil distinguir, por pura inspeccin visual, el modelo del ?E6 as
como el )abricanteA los valores m&-imos de tensin y corriente que puede soportar y
que suministra el )abricante ser&n por lo general desconocidos. 5or esto, cuando se
utilice un diodo ?E6 en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese
no supere los /0 m*, precaucin de car&cter general que resulta muy v&lida.
?os ?E6, se pueden obtener en el mercado en di)erentes coloresA @ojo, 3erde,
Jaranja, *marillo, 2n)rarrojo, icolor etc. Q ala intensidad de la lu! tiene
dependencia lineal con la corriente de e-citacin. Estos dispositivos emisores de lu!,
vienen constituidos para di)erentes corrientes de e-citacin, corrientes muy altas
TIPOS DE DIODOS ;$
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
disminuir&n la vida "til de ?E6, por ello, es importante colocar en serie con el diodo
una resistencia de proteccin para que limite la corriente que circula por el ?E6.
6ependiendo del material de que est& 'ec'o el ?E6, ser& la emisin de la longitud de
onda y por ende el color.
=ig. :$ +mbolo y *specto )sico del 6iodo ?E6
5ara identi)icar los terminales del diodo ?E6 observaremos como el c&todo ser& el
terminal m&s corto, siendo el m&s largo el &nodo. *dem&s en el encapsulado,
normalmente de pl&stico, se observa un c'a)l&n en el lado en el que se encuentra el
c&todo.
+e utili!a ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situacin
espec)ica de )uncionamiento.
Ejemplos
+e utili!an para desplegar contadores.
5ara indicar la polaridad de una )uente de alimentacin de corriente directa.
5ara indicar la actividad de una )uente de alimentacin de corriente alterna.
En dispositivos de alarma.
TIPOS DE DIODOS ;;
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
+us desventajas son que su potencia de iluminacin es tan baja, que su lu! es invisible
bajo una )uente de lu! brillante y que su &ngulo de visibilidad est& entre los :0I y
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. :; +imbologa y *spectos )sicos de un =otodiodo
=ig. :< urva caracterstica L 3 de un )otodiodo para di)erentes intensidades luminosas
*omposicin
El material empleado en la composicin de un )otodiodo es un )actor crtico para
de)inir sus propiedades. +uelen estar compuestos de silicio, sensible a la lu! visible
#longitud de onda de 'asta 1\m%G germanio para lu! in)rarroja #longitud de onda 'asta
apro-. 1,8 \m %G o de cualquier otro material semiconductor.
ambi(n es posible la )abricacin de )otodiodos para su uso en el campo de los
in)rarrojos medios #longitud de onda entre ; y /0 \m%, pero estos requieren
re)rigeracin por nitrgeno lquido.
TIPOS DE DIODOS ;7
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
*ntiguamente se )abricaban e-posmetros con un )otodiodo de selenio de una
super)icie amplia.
abla de los semiconductores y su longitud de onda
. DIODO DE 'ARRERA O SCJOTTK
El diodo +c'ottMy llamado as en 'onor del )sico alem&n alter R. +c'ottMy,
tambi(n denominado diodo pnpn o diodo de barrera, ya que se )orma una barrera a
trav(s de la unin debido al movimiento de los electrones del semiconductor a la
inter)a! met&lica, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones
muy r&pidas entre los estados de conduccin directa e inversa #menos de 1ns en
dispositivos pequeFos de ; mm de di&metro% y muy bajas tensiones umbral. +u
caracterstica de tensin corriente es muy similar a la del diodo de unin 5J de silicio
e-cepto porque la tensin en directo, 3, es 0.: 3 en ve! de 0.7 3, la capacitancia
asociada con el diodo es pequeFa. * )recuencias bajas un diodo normal puede
conmutar )&cilmente cuando la polari!acin cambia de directa a inversa, pero a
medida que aumenta la )recuencia el tiempo de conmutacin puede llegar a ser muy
alto, poniendo en peligro el dispositivo.
El diodo +c'ottMy est& constituido por una unin metalsemiconductor #barrera
+c'ottMy%, ligeramente dopada con un metal como el aluminio o platino, en lugar de
la unin convencional semiconductorsemiconductor utili!ada por los diodos
normales. Es por ello que se dice que el diodo +c'ottMy es un dispositivo
semiconductor portador mayoritario. Esto signi)ica que, si el cuerpo semiconductor
est& dopado con impure!as tipo J, solamente los portadores tipo J #electrones
TIPOS DE DIODOS ;8
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
mviles% jugaran un papel signi)icativo en la operacin del diodo y no se reali!ar& la
recombinacin aleatoria y lenta de portadores tipo J y 5 que tiene lugar en los diodos
recti)icadores normales, con lo que la operacin del dispositivo ser& muc'o m&s
r&pida.
?a alta velocidad de conmutacin permite recti)icar seFales de muy altas )recuencias
y eliminar e-cesos de corriente en circuitos de alta intensidad.
?a limitacin m&s evidente del diodo de +c'ottMy es la di)icultad de conseguir
resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes
inversos pero el diodo +c'ottMy encuentra una gran variedad de aplicaciones en
circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidadesde conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite poco gasto de
energa, otra utili!acin del diodo +c'ottMy es en variadores de alta gama para que la
corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del )reno y
este no pierda sus )acultades.
=ig. :7 +imbologa y urva aracterstica del 6iodo +c'ottMy
. Diodo Pin
El )otodiodo 52J es el detector m&s importante utili!ado en los sistemas de
comunicacin ptica. Es relativamente )&cil de )abricar, altamente )iable, tiene bajo
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
ruido y es compatible con circuitos ampli)icadores de baja tensin. *dem&s, es
sensible a un gran anc'o de banda debido a que no tiene mecanismo de ganancia. Es
un diodo que presenta una regin 5 y una regin J tambi(n )uertemente dopada,
separadas por una regin de material que es casi intrnseco. Este tipo de diodos se
utili!a en )recuencias de microondas, es decir, )recuencias que e-ceden de 1 4R!,
puesto que incluso en estas )recuencias el diodo tiene una impedancia muy alta
cuando est& inversamente polari!ado y muy baja cuando esta polari!ado en sentido
directo. *dem&s, las tensiones de ruptura est&n comprendidas en el margen de 100 a
1000 3.
En virtud de las caractersticas del diodo 52J se le puede utili!ar como interruptor ocomo modulador de amplitud en )recuencias de microondas ya que para todos los
propsitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un
circuito abierto en sentido inverso. ambi(n se le puede utili!ar para conmutar
corrientes muy intensas yLo tensiones muy grandes.
?os diodos 5in 'acen b&sicamente cambiar su resistencia en @= en )uncin de las
condiciones de polari!acin. 5or ello, pueden actuarA
1. omo conmutador de @=
/. omo resistencia variable
:. omo protector de sobretensiones
$. omo )otodetector
El diodo se )orma partiendo de silicio tipo 5 de alta resistividad. ?a capa 5 de baja
resistividad representada, est& esta )ormada por di)usin de &tomos de boro en un
bloque de silicio tipo 5 y la capa J muy delgada est& )ormada di)undiendo grandes
cantidades de )s)oro. ?a regin intrnseca es realmente una regin 5 de alta
resistividad y se suele denominar regin p. uando el circuito est& abierto, los
electrones )luyen desde la regin #p% 'asta la regin 5 para recombinarse con los
'uecos en e-ceso, y los 'uecos )luyen desde la regin para recombinarse con los
electrones de la regin J. +i el material #p% )uese verdaderamente intrnseco, la
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
cada de tensin en la regin sera nula, puesto que la emigracin de 'uecos sera
igual a la emigracin de electrones. +i embargo, como el material es en verdad p #5
de alta resistividad%, 'ay mas 'uecos disponibles que electrones.
uando se aplica una polari!acin inversa al diodo los electrones y los 'uecos del
material p son barridos #sBept )ree%. >n posterior aumento de la tensin inversa
simplemente incrementa las distribuciones de tensiones 5e J. En el diodo 52J la
longitud de la regin de transicin ? es apro-imadamente igual a la regin y
apro-imadamente independiente de la tensin inversa. 5or lo tanto, a di)erencia de los
diodos 5J o +c'ottMy, el diodo 52J tiene una capacidad inversa que es
apro-imadamente constante, independiente de la polari!acin. >na variacin tpica de
la capacidad podra ser desde 0,1; 'asta 0,1$ p= en una variacin de la polari!acin
inversa de, por ejemplo, 100 3. En virtud de que es igual a la longitud de la regin ,
la longitud de la regin de transicin es apro-imadamente constante y
considerablemente mayor que la de otros diodos y, por lo tanto, la capacidad @, que
es proporcional a 1L? es signi)icativamente menor que la de otros diodos, por lo que
el diodo 52J es apropiado para aplicaciones de microondas. ?os valores normales de
@ varan desde 0,1 p= 'asta $ p= en los diodos 52J, comercialmente asequibles.
uando el diodo est& polari!ado en sentido directo, los 'uecos del material 5 se
di)unden el la regin p, creando una capa 5 de baja resistividad. ?a corriente es
debida al )lujo de los electrones y de los 'uecos cuyas concentraciones son
apro-imadamente iguales en la regin . En la condicin de polari!acin directa la
cada de tensin en la regin es muy pequeFa. *dem&s, al igual que el diodo 5J,
cuando aumenta la corriente, tambi(n disminuye la resistencia. En consecuencia el
diodo 52J es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En unaprimera apro-imacin, la resistencia rd en pequeFa seFal es inversamente
proporcional a la corriente 26Xcon polari!acin directa, lo mismo que en el diodo 5J.
En )recuencias de microondas se representa de maneras m&s sencillas por una
capacidad @ en serie con la resistencia directa rd. on tensiones directas, @ es
TIPOS DE DIODOS
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
apro-imadamente in)inita, mientras que en polari!acin inversa, rd es
apro-imadamente nula. ?a capacidad es la capacidad par&sita paralelo que se
produce soldando el diodo a la c&psula y ? es la inductancia serie debida a los 'ilos
de cone-in desde el diodo 'asta la c&psula.
=ig.:8 ircuito equivalente del diodo 52J en la regin 6irecta e 2nversa
=ig. :9 +imbologa del 6iodo 52J
2. Diodo
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
?os diodos varactores ]llamados tambi(n varicap #diodo con capacitanciavoltaje
variable% o sintoni!adores^ son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores
variables. +u modo de operacin depende de la capacitancia que e-iste en la unin 5
J cuando el elemento est& polari!ado inversamente. En condiciones de polari!acin
inversa, se estableci que 'ay una regin sin carga en cualquiera de los lados de la
unin que en conjunto )orman la regin de agotamiento y de)inen su anc'o d. ?a
capacitancia de transicin #% establecida por la regin sin carga se determina
medianteA
H E #*Ld%
6onde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, * es el &rea de launin 5J y del anc'o de la regin de agotamiento.
on)orme aumenta el potencial de polari!acin inversa, se incrementa el anc'o de la
regin de agotamiento, lo que a su ve! reduce la capacitancia de transicin. El pico
inicial declina en con el aumento de la polari!acin inversa. El intervalo normal de
3@ para diodos varicap se limita apro-imadamente /03. En t(rminos de la
polari!acin inversa aplicada, la capacitancia de transicin se determina en )orma
apro-imada medianteA
H D L #3P 3@%n
dondeA
D H constante determinada por el material semiconductor y la t(cnica de
construccin.
3H potencial en la curva seg"n se de)ini en la seccin
3@H magnitud del potencial de polari!acin inversa aplicado
n H 1L/ para uniones de aleacin y 1L: para uniones de di)usin
TIPOS DE DIODOS
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=ig.$0 +imbologa del 6iodo 3aricap y ircuito equivalente
=ig. $1 urva de 3ariacin de la capacitancia vs ensin 2nversa aplicada
?os valores de capacidad obtenidos van desde 1 a ;00 p=. ?a tensin inversa mnima
tiene que ser de 1 3.
?a aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de 3,
modulacin de )recuencia en transmisiones de = y radio.
!enta+as y desventa+as
El varicap tiene, entre otras, las siguientes ventajasA enor tamaFo que los capacitores variables mec&nicos.
5osibilidad de sintona remota.
?a principal desventaja del varicap es la dependencia de algunos de sus par&metros de
la temperatura y por lo tanto requiere esquemas de compensacin.
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3. Diodo Tune
El )sico japon(s EsaMi, descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un
grado de contaminacin del material b&sico muc'o m&s elevado que lo 'abitual
e-'iben una caracterstica tensincorriente muy particular. ?a corriente comien!a
por aumentar de modo casi proporcional a la tensin aplicada 'asta alcan!ar un valor
m&-imo, denominado corriente de cresta. * partir de este punto, si se sigue
aumentando la tensin aplicada, la corriente comien!a a disminuir y lo siga 'aciendo
'asta alcan!ar un mnimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo
aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se
'ace cada ve! m&s r&pido 'asta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna
manera. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo
que los )sicos denominan e)ecto t"nel, para las aplicaciones pr&cticas del diodo t"nel,
la parte mas interesante de su curva caracterstica #ver )igura $/% es la comprendida
entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensin aplicada
corresponde una disminucin de la corrienteG en otros t(rminos, la relacin entre unincremento de la tensin y el incremento resultante de la corriente es negativa y se
dice entonces que esta parte de la curva representa una resistencia incremental
negativa. >na resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una
resistencia positiva. *s, por ejemplo, las p(rdidas que se producen en un circuito
resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se
compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor num(rico
conveniente y reali!ada por ejemplo, mediante un diodo t"nel. En tal caso el circuito
oscilante se trans)orma en un oscilador.
TIPOS DE DIODOS
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=ig. $/ urva aracterstica del 6iodo t"nel
uando el voltaje de polari!acin directa se encuentra entre 0,13 y 0,;3, la corriente
empie!a a reducirse con el aumento del voltaje, llevando a una caracterstica de
corriente voltaje en )orma de +, la regin central de esta curva se llama la regin de
resistencia negativa, el voltaje mnimo a la derec'a de esta regin se denomina
tensin de valle #33%G la corriente en este punto se llama corriente de valle #3%, y la
corriente m&-ima que )luye a bajos voltajes se llama corriente de pico # 5% y la tensin
en ese punto es el voltaje de pico #35%.
El diodo t"nel es "til en aplicaciones de alta velocidad. on)orme aumenta la
polari!acin directa, la corriente aumenta con rapide! 'asta que se produce la ruptura,
entonces la corriente cae r&pidamente. Este a su ve! es muy "til debido a esta cesin
de resistencia negativa la cual se desarrolla de manera caracterstica en el intervalo de
;0m3 a /;0mv.
TIPOS DE DIODOS
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. $: ircuito equivalente y simbologa del 6iodo "nel
7. Diodo De Cont$cto Puntu$.
El recti)icador de contacto puntual consiste en un semiconductor sobre el quedescansa la punta de un alambre delgado.
?a curva de corriente versus voltaje es cualitativamente similar a la del diodo de
unin. +in embargo, para un voltaje positivo dado, el diodo de contacto puntual
conduce algo m&s de corriente. &s a"n, con)orme el voltaje negativo aumenta, la
corriente inversa tiende a aumentar m&s bien que permanecer apro-imadamente
constante. ?a marca in)le-in en la curva del diodo de unin en 3no ocurre en los
diodos de contacto puntual, dado que el calentamiento de tal punto ocurre a voltajes
muc'o mas bajos y produce un aumento gradual de la conductancia en la direccin
negativa.
TIPOS DE DIODOS
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APLIACIONES DE LOS DIODOS
CAPTULO I*APLICACIONES DE LOS
DIODOS
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
CAPTULO In circuito recti)icador de media onda slo recti)ica la mitad de la tensin alterna
presente en su entradaG es decir, cuando el &nodo tenga una tensin sea mas positivo
APLICACIONES DEL DIODOS
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
respecto a la tensin en el c&todo. 5uede considerarse como un circuito en el que la
unidad recti)icadora est& en serie con la tensin de entrada y la carga. 3er )igura $$.
T5
D5
RL
6
2
Vo
6
2
V$
=ig. $$ ircuito @ecti)icador de edia nda
En el circuito de la )igura $$, cuando llega el semiciclo positivo de seFal presente en
el secundario del trans)ormador al &nodo del diodo, (ste queda polari!ado
directamente y consecuentemente conducir&G la tensin en la salida 3ovista en los
terminales de la resistencia ser& 3oH 3m0,7 3, siendo 3mla amplitud de la seFal de
entrada.
+uando llegue el semiciclo negativo del secundario al nodo del diodo, ste quedar
polario muy prxima a cero ya que
siempre circular una peque*sima corriente inversa
APLICACIONES DEL DIODOS 70
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. $; +eFal de +alida de un ircuito @ecti)icador de edia nda
5as tensiones caracter*sticas vendrn dadas por las siguientes ecuaciones:
3alor E)ica! de la tensin de +alida @+/
7,0 !!! mo
=
3alor edio o ensin de corriente contin"a
!!omed
7,03 m
=
A"ic$cione#&+e emplean como alimentacin de muc'os sistemas de baja tensin yde aparatos universales, as como para proporcionar alta tensin a los osciloscopios.
5..2 R&+'$7$+ador d& O"da Co1l&'a o Dobl& o"da
El recti)icador de doble onda, tambi(n denominado onda completa, est& )ormado por
dos recti)icadores de media onda que )unciona durante alternancias opuestas de la
tensin de entrada.
iposA
on rans)ormador de oma entral
5uente
Con Trans+ormaor e Toma Central
APLICACIONES DEL DIODOS 71
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
El secundario del trans)ormador tiene en su punto intermedio una toma conectada a
tierra, obteni(ndose as dos tensiones iguales y des)asadas 180 grados que se aplican
alternativamente a los &nodos de cada diodo.
uando llega el semiciclo positivo a un diodo, al otro le llega el semiciclo negativo,
con lo cual uno conduce y el otro no, y viceversa. onsecuentemente siempre 'abr&
un diodo conduciendo, obteni(ndose en la salida "nicamente semiciclos positivos.
En este circuito tenemosA
=ig. $< ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral
=ig. $7 +eFal de Entrada al ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral
APLICACIONES DEL DIODOS 7/
3o
#3m 0,73%
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. $8 +eFal de +alida del ircuito @ecti)icador 6oble nda con rans)ormador de oma entral
=ig. $9 +eFal presente en los 6iodos 61 y 6/
3alor E)ica! de la tensin de +alida @+/
7,0 !!! mo
=
3alor edio o ensin de corriente ontinua
%7,0/#3 m
!!omed =
A,licaciones&+e usan en sistemas de todos los equipos de comunicacin, teniendo
un gran rendimiento y posibilidad de proporcionar una gran gama de tensiones con
corrientes moderadas. +e utili!an muc'o para la carga de bateras porque as se evita
el peligro de la saturacin del n"cleo del trans)ormador.
Tipo Puente
+on cuatro recti)icadores de media onda conectados en la )orma indicada en elcircuito.
APLICACIONES DEL DIODOS 7:
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FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA
=ig. ;0 ircuito @ecti)icador nda ompleta ipo 5uente
?a tensin alterna se aplica entre las uniones de un &nodo y un c&todo de dos diodos,
obteni(ndose la salida en el punto de unin de dos c&todos #polo positivo% y de dos
&nodos #polo negativo%.
6urante el semiciclo positivo de la seFal de entrada conducen d