FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO SEMICONDUCTOR (Diode)

Zona libre de cargas.
Solo quedan los iones fijos.
ZONA
TRANSICIN
P N
- +
NODO CTODO
- +

- +

- +

NODO CTODO

SMBOLO

Fue descubierto accidentalmente el

los laboratorios Bell por Russel Ohl
en 1940
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

Representacin del componentes elctricos en diagrama V-I

I I I I I I
+ + +
V V
V
- V - V - V
Abierto Corto Resistencia
(R = ) (R = 0) (R)

I I I I
+ +
V V

- V - V

Batera Fuente
Corriente
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

Como debera ser la caracterstica de un diodo?

I I
+

V
FALSO
-

Dos trozos de material, relativamente buen conductor, podramos

pensar que debe comportarse como una resistencia bastante
pequea (idealmente un corto).
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

POLARIZACIN DIRECTA:
LA CONSIDERACIN INTUITIVA ES BASTANTE CIERTA

I Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se

ven empujados a "invadir" la zona de transicin.
P
La zona de transicin se ve reducida drsticamente.

La corriente se debe a mayoritarios y la corriente

N directa puede llegar a ser importante.

La aproximacin de una resistencia pequea

(idealmente un cable es razonable)

P N
+ -
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

POLARIZACIN INVERSA:
FALLA LA INTUICIN.

Huecos (zona P) y electrones (zona N) mayoritarios se

I ven empujados a "escapar" de la zona de transicin.

P La zona de transicin aumenta drsticamente.

La corriente se debe a minoritarios y la corriente

directa ser muy pequea (idealmente nula).
N
La mejor aproximacin es un cable roto (falla la
intuicin)

P N
- -

-
-

-
+

+
+

+ +
- - + +

- - + +
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

CARACTERSTICA DEL DIODO (CONCLUSIONES)

Idealmente, permite corriente directa (se comporta como un cable) y
bloquea o no permite la corriente inversa (se comporta como un cable
roto)
I
+ I
P PRESENTA UN
COMPORTAMIENT
V O NO LINEAL !!
N
-
V

ANCDOTA
Un smil hidrulico podra ser una vlvula anti-retorno, permite pasar el
agua (corriente) en un nico sentido.
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO REAL

i [mA]
nodo ctodo 1

p n Ge Si

A K
V [Volt.]
Smbolo -0.25
0
0.25 0.5

Silicio
Germanio
IS = Corriente Saturacin Inversa
K = Cte. Boltzman
VD = Tensin diodo
VD q
q = carga del electrn
I D I S e K T
1 T = temperatura (K)
ID = Corriente diodo
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO REAL (Distintas escalas)

i [mA]
Ge: mejor en conduccin
i [mA] 30
Si: mejor en bloqueo Ge
1 Si
Ge Si

V [Volt.] V [Volt.]

-0.25 0 -4 0 1
0.25 0.5

i [A] i [pA]
V [Volt.] V [Volt.]
-0.5 0 0
-0.5

Si
Ge -0.8 -10
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO: DISTINTAS APROXIMACIONES

I I I
Solo tensin
Ideal de codo Tensin de codo y
Ge = 0.3 Resistencia directa
Si = 0.6
V V V

I I
Curva real
Corriente de fugas con (simuladore
Tensin de codo y s, anlisis
Resistencia directa grfico)

V V
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO: LIMITACIONES

Corriente mxima
I
Tensin inversa
Lmite trmico,
mxima
seccin del
conductor
Ruptura de la
Unin por
avalancha

600 V/6000 A 1000 V /1 A

200 V /60 A
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODO: Parmetros facilitados por fabricantes

id

IOmax

VR = 1000V Tensin inversa mxima

IOMAX (AV)= 1A Corriente directa mxima VR
VF = 1V Cada de Tensin directa
IR = 50 nA Corriente inversa iS Vd

NOTA:
Se sugiere con un buscador
VR = 100V Tensin inversa mxima obtener las hojas de
IOMAX (AV)= 150mA Corriente directa mxima caractersticas de un diodo (p.e.
VF = 1V Cada de Tensin directa 1N4007). Normalmente
IR = 25 nA Corriente inversa aparecern varios fabricantes
para el mismo componente.
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES

Diodo Zener (Zener diode)

La ruptura no es
destructiva.
(Ruptura Zener).

Tensin I En la zona Zener se

Zener comporta como una fuente
(VZ) de tensin (Tensin Zener).

Necesitamos, un lmite de
corriente inversa.
V
Podemos aadir al modelo
lineal la resistencia Zener.
Lmite mximo Aplicaciones en pequeas
fuentes de tensin y
Normalmente, referencias.
lmite de potencia
mxima
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES

Diodo LED (LED diode) Diodo emisor de Luz = Light Emitter Diode

El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga As). Con la

unin PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una
cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja)

A K
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES
Los diodos basados en compuestos III-V,
Fotodiodos (Photodiode) presentan una corriente de fugas proporcional a
la luz incidente (siendo sensibles a una
determinada longitud de onda).

Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante.

i Siendo su aplicaciones principales:
Sensores de luz (fotmetros)
V Comunicaciones
0
COMENTARIO
iopt Los diodos normales presentan variaciones en la
corriente de fugas proporcionales a la Temperatura
y pueden ser usados como sensores trmicos

i
El modelo puede ser una fuente
de corriente dependiente de la I = f(T) V
luz o de la temperatura segn el
caso
T1 0
T2>T1
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES
Cuando incide luz en una unin PN, la
caracterstica del diodo se desplaza hacia
Clulas solares (Solar Cell) el 4 cuadrante.

i En este caso, el dispositivo puede usarse

como generador.

VCA V

Zona
uso
iCC
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES

Diodo Varicap La unin PN polarizada inversamente

(Varicap , Varactor or Tuning diode) puede asimilarse a un condensador de
placas planas (zona de transicin).

Esta capacidad se llama Capacidad de

Transicin (CT).

Notar, que al aumentar la tensin

inversa aumenta la zona de transicin.
Un efecto parecido al de separar las
placas de un condensador (CT
Dielctrico disminuye).

Tenemos pues una capacidad

dependiente de la tensin inversa.

CT Un diodo Varicap tiene calibrada y

caracterizada esta capacidad.
30 pF
Uso en equipos de comunicaciones (p.e.
d Control automtico de frecuencia en
sintonizadores)
VI

10 V
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES

Diodo Schottky (Schottky diode)

Unin Metal-semiconductor N. Producindose el llamado

efecto schottky.

La zona N debe estar poco dopada.

Dispositivos muy rpidos (capacidades asociadas muy

bajas).

Corriente de fugas significativamente mayor.

Menores tensiones de ruptura.

Cadas directas mas bajas (tensin de codo 0.2 V).

Aplicaciones en Electrnica Digital y en Electrnica de

Potencia
El efecto Schottky fue predicho
tericamente en 1938 por Walter H.
Schottky
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS ESPECIALES
Diodo tunel y diodo GUNN (Gunn diode and Tunnel diode)
Tienen dopadas mucho las dos zonas del diodo
(105 veces mayor).

Zona de resistencia Aparece un efecto nuevo conocido como efecto

ID negativa. tnel. (Descubierto por Leo Esaki en 1958).
Efecto Tnel
Un efecto parecido (GUNN) se produce en una
cavidad tipo N de Ga As.

El diodo GUNN fue descubierto por Ian Gunn en

1962.

VD Los efectos se traducen en una zona de

resistencia negativa en la caracterstica directa
del diodo.
Diodo GUNN
Esta zona se aprovecha para hacer osciladores de
microondas.

(El diodo GUNN aparece en el oscilador local del

receptor del radar. Est presente en todos los
radares marinos actuales).
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

ASOCIACIN DE DIODOS
Puente rectificador

Diodo de alta tensin Monofsico

+
(Diodos en serie)

-
Trifsico
+

DISPLAY
-
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

APLICACIONES DE DIODOS

Detectores reflexin de
objeto

Detectores de barrera
Detectores reflexin de espejo
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

APLICACIONES DE DIODOS

Sensores de luz: Fotmetros

Sensor de lluvia en vehculos
Detectores de humo
Turbidmetros
Sensor de Color

Objetivo

LED azul

LED verde LED

LED rojo Fotodiodo
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS

Los diodos (y el resto de dispositivos electrnicos) son

dispositivos no lineales.

Cuidado, no se puede aplicar el principio de superposicin!

Cuidado, no se puede aplicar el anlisis con complejos
VE VS
EJEMPLO TPICO: +
RECTIFICADOR VS
t VE
- t

VMAX ID
VE R

t
VMAX VD
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS

Si POLARIZAMOS en una zona de funcionamiento, podremos aplicar el

principio de superposicin y sustituir el dispositivo por un equivalente
lineal.
AQU SI, PODEMOS CONSIDERARLO UN ELEMENTO LINEAL!!

VE VS
+
VAC
VCC
VS
VCC -
t t
Hablaremos de:
VE ID Equivalente
Circuito de polarizacin del diodo
(Circuito de continua)
y de:
Circuito alterna

t VD
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

APLICACIN DEL EQUIVALENTE THEVENIN EN ELECTRNICA

Tensin Thevenin = Tensin de Vacio

ID
Circuito +
Lineal Circuito +
VD Lineal
(R, fuentes) VTH = VVACIO
-
-
Equivalente
Thvenin
ID Resistencia Thevenin
RTH +

VTH VD Anular fuentes

RTH
dependientes.
-
tensin = corto
corriente =
abierto
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

CIRCUITO
LINEAL ID
RTH +

VTH VD

-
I
VTH Caractersti
ca del diodo
RTH
ID
Caracterstica del
PUNTO DE circuito lineal
FUNCIONAMIENT (RECTA DE CARGA)
O
VD VTH V
 FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

DIODOS: Propuesta para el alumno

Bsqueda en la web: Con ayuda de un buscador(Google o similar), se sugiere obtener y consultar hojas de
caractersticas (Datasheet) de diodos comerciales.

Es normal encontrar para cada referencia de componente, fabricantes distintos. Toda la informacin est
siempre en Ingles.

A continuacin se sugieren algunas referencias para la bsqueda. No obstante, con el trmino ingles (diode,
Zener diode, tunnel diode, etc) aparecen muchsimas referencias, catlogos completos, guas de seleccin,
etc.

1N4007 Diodo de Silicio

1N4148 Diodo de Silicio rpido (FAST)
OA91 Diodo de Germanio
HLMPD150 Diodo LED
BZX79C15 Diodo Zener
10MQ040N Diodo Schottky
OK60 Panel Solar
BB152 Diodo Varicap
MG1007-15 Diodo GUNN
AI201K Diodo Tunel
BPW21R Fotodiodo