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Diodo de Union
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UNIDAD I : DIODOS
DIODO UNIÓN
Previamente de estudiar el diodo se estudiará las características de la
resistencia.
Para analizar el comportamiento de la resistencia se toman los valores con
un Amperímetro y un Voltímetro y se representa la I en función de V.
LA RESISTENCIA COMO DISPOSITIVO LINEAL
En polarización directa:
Asignando diferentes valores de voltaje
positivos, se manifiestan valores positivos de
corriente.
Vs (x)
(Volts)
I (y)
(Ampere)
2 4
4 6
… …
6
2 4
6
4 + - Vs
Polarización Inversa:
Asignando diferentes valores de voltaje
negativos, se manifiestan valores
negativos de corriente.
- 4 - 2
- 4
+ - - 6
Vs (x)
(Volts)
I (y)
(Ampere)
- 2 - 4
- 4 - 6
… …
Vs
Finalmente la ecuación lineal de la recta, quedará:
Una resistencia es un dispositivo lineal ya que la gráfica corriente en
función de su voltaje es una línea recta.
Ley de Ohm: El voltaje aplicado a una resistencia es directamente
proporcional a la corriente que pasa por la resistencia.
I = 𝑉
𝑅
SÍMBOLO ELÉCTRICO DIODO
El lado p se llama ánodo y el lado n se conoce como cátodo.
El símbolo eléctrico del diodo es una flecha que apunta de ánodo al cátodo.
CIRCUITO BÁSICO DEL DIODO
El siguiente circuito el diodo se encuentra polarizado en directa. Ya que el
terminal positivo de la batería está conectado al lado p del diodo a través de
una resistencia, y el terminal negativo está conectado al lado n
Si se está usando el sentido convencional de la corriente, la dirección es la
misma que indica la flecha del diodo.
I
LA CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO
Para analizar el comportamiento del diodo se toman los valores con un
Amperímetro y un Voltímetro y se representa la I en función de V.
Se analizara el comportamiento en polarización directa, luego se invertirá
la polaridad de la fuente para analizar la polarización inversa.
Se asignan diferentes valores de voltaje a la fuente Vs. Se miden los
voltajes y los corriente por el diodo
Se La curva característica del diodo, que no es una línea recta como la que
sucede en la resistencia.
Corriente
directa (ID)
Tensión
directa (VD)
Cuando el diodo está polarizado en directa no hay una corriente
significativa hasta que la tensión en el diodo sea mayor a la barrera de
potencial.
Cuando el diodo está polarizado en inversa, prácticamente no hay corriente
inversa hasta que la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura (VR)
El efecto avalancha produce una gran tensión inversa que destruye el diodo
Corriente
directa (ID)
Tensión
directa (VD)
LA ZONA DIRECTA
En la zona directa se tienen dos importantes características :
• Se debe vencer la barrera de potencial, o sea superar la tensión
umbral VK para que conduzca bien en polarización directa.
• Aparece una resistencia interna: el diodo se comporta
aproximadamente como una resistencia.
TENSIÓN UMBRAL
Es el valor de voltaje a partir del cual el diodo conducir mucho, con una
corriente que se incrementa rápidamente.
A partir de la Tensión Umbral ó Barrera de Potencial la intensidad de la
corriente aumenta mucho variando muy poco el valor de la tensión.
Para el diodo de Silicio la tensión umbral VK es:
VK ≈ 0,7 (V)
RESISTENCIA INTERNA
A partir de la tensión umbral, el comportamiento del diodo se puede aproximar
a como se comporta como una resistencia.
Después de superada la barrera de potencial, lo único que se opone a la
corriente es la resistencias de la zona p y n.
La suma de estas dos resistencias se llama resistencia interna del diodo:
RD = RP + RN
Generalmente la resistencia interna de los diodos es menor a 1Ω.
MÁXIMA CORRIENTE CONTINUA EN POLARIZACIÓN DIRECTA
Es el mayor valor de corriente permitido en la característica del diodo
Si la corriente en un diodo es demasiada grande, el calor que se genera
destruirá el diodo.
Por ejemplo: El diodo 1N4001 tiene una corriente máxima de IFmáx = 1 A
RESISTENCIA PARA LIMITACIÓN DE CORRIENTE
Al trabajar con diodos en la zona directa, es necesario conectar una
resistencia porque sino el diodo se estropearía fácilmente.
Se calcula la resistencia para limitar la corriente, para que no aumente a
partir de 1 A por ejemplo.
I=𝑉𝑃−𝑉𝐷
𝑅
DISIPACIÓN DE POTENCIA
Se puede calcular la disipación de potencia de un diodo de la misma
manera forma que se hace para una resistencia.
PD = VD ID
En donde:
VD = Voltaje del diodo
ID = Corriente del diodo
LIMITACIÓN DE POTENCIA
indica cuanta potencia puede disipar el diodo sin peligro de acortar su
vida ni degradar sus propiedades.
Pmax = Vmax * Imax En donde:
Vmax es la tensión correspondiente a Imax
MODOS DE RESOLUCIÓN DE CIRCUITOS CON DIODOS
1ra Aproximación
(Diodo Ideal)
2da Aproximación
3ra Aproximación
1RA APROXIMACIÓN (DIODO IDEAL)
El comportamiento e aproxima a una vertical y una horizontal que pasan
por el origen de coordenadas.
El diodo actúa como un interruptor abriéndose o cerrándose
dependiendo si esta en inversa o en directa.
Polarización Directa : El diodo se
comporta como un conductor perfecto,
como una resistencia igual a cero
Polarización Inversa: El diodo se
comporta como un aislante perfecto,
como una resistencia infinita
𝐼 =𝑉𝑝
𝑅
𝑅𝐷 = 0 𝑉𝑅 = 𝐼 ∙ 𝑅
𝐼 = 0 𝑅𝐷 = ∞ 𝑉𝑅 = 0
𝑅𝐷 = 0
𝑅𝐷 = ∞
EJEMPLO
1RA APROXIMACIÓN
I =10
1 𝑘=
10
1 ∗103 = 10 𝑚𝐴
VL = Tensión en la carga
VL = 10 V
PL = Potencia en la carga
PL = VL * I = 10 V * 10 mA = 10 V * 10 *10-3 A = 100 mW
PD = Potencia disipada en el diodo
PD = VD * I = 0 V * 10 mA = 0 W
PT = Potencia disipada Total
PT = PL + PD = 100 mW + 0 mW = 100 mW
En Polarización Directa
2DA APROXIMACIÓN
El comportamiento del diodo se aproxima a una vertical y a una horizontal
que pasan por el voltaje umbra Vk. Para el caso particular del diodo de
Silicio Vk = 0,7 (V)
El tramo que hay desde 0 V y 0,7 V es en realidad polarización directa,
pero como a efectos prácticos no conduce, se toma como inversa.
Con esta segunda aproximación el error es menor que en la aproximación
anterior.
Vk
Polarización directa:
Ocurre cuando Vp > 0,7 V
El comportamiento diodo será
un interruptor cerrado
conectado en serie a una
batería,
Para el caso de un diodo de
Silicio VD = 0,7 V.
Polarización Inversa:
Ocurre cuando Vp < 0,7 V
El comportamiento del diodo se
asemeja a un interruptor abierto.
I = 0
VR = 0
VP = VD + VR
VP = 0,7 + I * R
𝐼 =𝑉𝑃− 0,7
𝑅
EJEMPLO
2DA APROXIMACIÓN
Analizamos en polarización directa
Como se ve estos valores son distintos a los de la anterior
aproximación, esta segunda aproximación es menos ideal que la
anterior, por lo tanto es más exacta, esto es, se parece más al valor
que tendría en la práctica ese circuito.
3RA APROXIMACIÓN
En este caso el diodo se aproxima a una recta que pasa por 0,7 V.
Este modelo considera una resistencia interna del diodo rB
La pendiente de la recta tiene una pendiente cuyo valor es la inversa de la
resistencia interna.
Sin embargo, como la resistencia interna es menor que 1 Ω puede ignorarse.
Polarización Inversa:
Ocurre cuando Vp < 0,7 V
El comportamiento del diodo se
asemeja a un interruptor
abierto.
I = 0
VR = 0
Polarización directa:
Ocurre cuando Vp > 0,7 V
El comportamiento diodo será un
interruptor cerrado conectado en
serie a una batería y una
resistencia rB
Para el caso de un diodo de
Silicio VK = 0,7 V.
EJEMPLO
3RA APROXIMACIÓN
Si se considera rB = 0,23Ω como valor de la resistencia interna.
PD = VD • I = 0,702 • 9,3 • 10-3 = 6,5286 mW
PL = VL • I = 9,298 • 9,3 • 10-3 = 86,47 mW
PT = PD + PL = 6,5286 •10-3 + 86,47 •10-3 = 93 mW
LKV
Vp = Vk + (rB + RL)I 10 = 0,7 + (0,23 + 1000)I
𝐼 =10 −0,7
0,23+1000 = 9,3 mA
VD = 0,7 + 0,23 • 9,3 • 10-3 = 0,702 V
COMPROBACIÓN Y DETECCIÓN DE AVERÍAS
Se mide la resistencia en continua del diodo en cualquier dirección
y después se invierten los terminales efectuándose la misma
medición
El uso del óhmetro para probar diodos lo único que se desea saber
es el diodo tiene una resistencia pequeña con polarización directa
y una resistencia grande con polarización inversa.
Óhmetro en Polarización
Directa. Resistencia
pequeña: Corto Circuito
Óhmetro en Polarización
Inversa. Resistencia
grande: Circuito Abierto
Los problemas que pueden surgir son:
Resistencia muy pequeña en ambas direcciones: diodo en
cortocircuito.
Resistencia muy grande en ambas direcciones: diodo en circuito
abierto.
Resistencia pequeña en inversa: diodo con fugas de corriente
Diodo en cortocircuito. Diodo en circuito abierto.
HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE UN DIODO
Estudiaremos la hoja de características del diodo 1N4001, un diodo
rectificador empleado en fuentes de alimentación (circuitos que
convierten una tensión alterna en una tensión continua).
TENSIÓN INVERSA DE RUPTURA
Estos tres valores especifican la ruptura en ciertas condiciones de
funcionamiento.
Cualquiera que sea cómo se use el diodo. Es importante es saber
que la tensión de ruptura para el diodo es de 50 V
Esta ruptura se produce por la avalancha y en el 1N4001 esta ruptura
es normalmente destructiva.
CORRIENTE MÁXIMA CON POLARIZACIÓN DIRECTA
Indica que el 1N4001 puede soportar hasta 1 A con polarización directa
cuando se le emplea como rectificador.
Esto es, 1 A es el nivel de corriente con polarización directa para el cual el
diodo se quema debido a una disipación excesiva de potencia.
Los estudios de las averías de los dispositivos muestran que la vida de éstos
es tanto más corta cuanto más cerca trabajen de las limitaciones máximas.
Por esta razón, algunos diseñadores emplean factores de seguridad hasta de
10:1, para 1N4001 será de 0,1 A o menos.
Characteristic Symbol Value Unit
Average Rectified Output
Current TA =75°C
Io 1.0 A
CAÍDA DE TENSIÓN CON POLARIZACIÓN DIRECTA
Estos valores están medidos en alterna, y por ello aparece la
palabra instantáneo en la especificación.
El 1N4001 tiene una caída de tensión típica con polarización
directa de 0,93 V cuando la corriente es de 1 A y la temperatura
de la unión es de 25 ºC.
Characteristic Symbol Value Unit
Forward Voltage IF =1.0 A VFM 1.0 A
CORRIENTE INVERSA MÁXIMA
Esta corriente inversa incluye la corriente producida térmicamente y la
corriente de fugas superficial.
Se deduce que la temperatura puede ser importante a la hora del diseño
de circuitos, ya que un diseño basado en una corriente inversa de
0,05 mA trabajará muy bien a 25 ºC con un 1N4001 típico, pero puede
fallar si tiene que funcionar en medios donde la temperatura de la unión
alcance los 100 ºC.
Characteristic Symbol Value Unit
Peak Reverse Current TA = 25°C
At Rated DC Blocking Voltage TA = 100°C
IRM 5.0
50
µA
BIBLIOGRAFÍA
Malvino A.
“Principios de Electrónica”,
Editorial Mc GRAW HILL, 6ta edición, ISBN: 8448125681 2000
Andrés Aranzabal Olea
“ELECTRÓNICA BÁSICA”
Curso de Electrónica Básica en Internet
http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema2/TEMA2.htm
