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Es un dispositivo semiconductor de dos
terminales que se comporta como un
interruptor común que permite el paso de
la corriente eléctrica en una única
dirección.
Anodo.- es el extremo p, se representa con
la letra A.
Cátodo.- es el extremo n, se representa con
la laetra C o K.
Tiene un estado encendido parece sersimplemente un circuito cerrado entre susterminales, y un estado apagado, en el que suscaracterísticas terminales son similares a las de uncircuito abierto.
Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD(VD > 0 V) el diodo se encuentra en el estado decircuito cerrado (R= 0 Ω) y la corriente que circulaa través de este, está limitada por la red en la queeste instalado el dispositivo. Para la polaridadopuesta (VD < 0 V), el diodo se encuentra en elestado de circuito abierto (R= ∞ Ω) e ID = 0 mA
Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ): Al polarizar directamente el diodo,
la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente
ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión
externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma
que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la
intensidad de corriente.
Corriente máxima (Imax ): Es la intensidad de corriente máxima que puede
conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la
cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del
mismo.
Corriente inversa de saturación (Is ): la pequeña corriente que se establece al
polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido
a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la
temperatura.
Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la
superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la
tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la
corriente superficial de fugas.
Tensión de ruptura (Vr ): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede
soportar antes de darse el efecto avalancha.
Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización
inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la
corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es
elevada los electrones se aceleran incrementando su
energía cinética de forma que al chocar con electrones de
valencia pueden provocar su salto a la banda de
conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se
aceleran por efecto de la tensión, chocando con más
electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado
es una avalancha de electrones que provoca una corriente
grande. Este fenómeno se produce para valores de la
tensión superiores a 6 V.
Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado
está el material, menor es la anchura de la zona de carga.
Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como
cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el
diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el
campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En
Consta de tres zonas:
Zona P: semiconductora con una resistencia RP.
Zona N: semiconductora con una resistencia RN.
Región de Agotamiento: En el momento en que dos materiales son unidos (uno tipo N y el otro tipo P), los electrones y los huecos que están en la región de "unión", se combinan y esto da como resultado una carencia de portadores (tanto como mayoritarios como minoritarios) en la región cercana a la unión. Esta región de iones negativos y positivos descubiertos recibe el nombre de Región de Agotamiento por la ausencia de portadores.
Gráficamente pueden ser:
Zona Directa.
Zona Inversa.
Zona de Ruptura.
Cuando se somete al diodo a una diferencia
de tensión externa, se dice que el diodo está
polarizado, pudiendo ser la polarización
directa o inversa.
el diodo polarizado directamente conduce la
electricidad, disminuyendo la barrera de
potencial.
Para que un diodo esté polarizado
directamente, se debe conectar el polo
positivo de la batería al ánodo del diodo y el
polo negativo al cátodo.
El polo negativo de la batería se conecta a la
zona p y el polo positivo a la zona n, lo que
hace aumentar la zona de carga espacial, y
la tensión en dicha zona hasta que se alcanza
el valor de la tensión de la batería
Presenta la propiedad de ser unidireccional, esto es, si se aplica un voltaje
con polaridad determinada, el diodo permite el flujo de corriente con
resistencia despreciable y con un voltaje de polaridad opuesta no permitirá
el paso de corriente.
En la construcción del diodo semiconductor. Se colocan dos materiales
semiconductores con contenido de carga opuesta uno al lado del otro. un
material es semiconductor como silicio o germanio excesivamente cargado
de partículas negativas (electrones). El otro material es del mismo tipo
semiconductor con la diferencia de que este tiene la ausencia de cargas
negativas
Cuando se aplica un voltaje de paralización directa (voltaje de corriente
directa) la región iónica en la unión se reduce y los portadores negativos en
el material tipo n pueden superar la barrera negativa restante iones
positivos y continuar su camino hasta el potencial aplicado.
Las características reales del dispositivo no son ideales, y la grafica nos
muestra como se comporta el diodo con el tipo y cantidad de voltaje
suministrado al mismo
El hecho de que la grafica sea una curva nos dice que la resistencia del diodo cambia en cada punto
diferente de la curva, esto es, mientras más inclinada sea la curva la resistencia cera menor y tendera a
aproximarse al valor ideal de 0 Ω
Shockley, en honor a William Bradford
Shockley
Permite aproximar el comportamiento del
diodo en la mayoría de las aplicaciones.
Existe una relación exponencial entre la
corriente del diodo y en potencial aplicado.
Donde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 −
12A)
q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19
T es la temperatura absoluta de la unión
k es la constante de Boltzmann 1.38 x 10-23 J/° k
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
Conforme aumenta la temperatura,
disminuye la tensión de encendido Vγ .
Un descenso en la temperatura provoca un
incremento en Vγ .
Por lo tanto Vγ varia linealmente con la
temperatura de acuerdo con la siguiente
ecuación donde se supone que la corriente
del diodo iD se mantiene constante:
Donde:
T0 = temperatura ambiente
T1 = temperatura del diodo
Vγ (T0) = tensión del diodo a temperatura
ambiente
Vγ (T1) = tensión del diodo a la nueva
temperatura
k = coeficiente de temperatura en V/ð c
Método tradicional para hallar el punto de
operación de un circuito alineal
Distribuir el circuito en un grupo de fuentes y
una carga y encontrar soluciones para ambos
de manera simultánea
Se deben modificar las técnicas estándar de
análisis de circuitos.
No se pueden escribir ecuaciones simples y
resolver para las variables, ya que las
ecuaciones sólo son válidas dentro de una
región particular
Si la corriente y tensión del diodo son las dos
incógnitas del circuito, se necesitan dos ecuaciones
independientes que incluyan estas dos incógnitas
para encontrar el punto de operación.
Su resolución debe ser simultánea y se puede
realizar de manera gráfica
Obteniendo la ecuación:
Es necesario combinarla con la característica del
diodo y resolver para el punto de operación
La intersección de las dos gráficas da la solución
simultánea de las ecuaciones y se denomina como Q
(quiescent) o punto de operación, en el cual opera
el circuito con las entradas variables iguales a cero,
denota condición de reposo.
Las especificaciones del fabricante se utilizan
para determinar la capacidad de potencia de
un diodo para ciertos intervalos de
temperatura.
La potencia instantánea disipada por un diodo
se define por medio de la expresión de la
ecuación:
El circuito equivalente del diodo incluye un
pequeño capacitor. El tamaño de este
capacitor depende de la magnitud y moralidad
de la tensión aplicaba al diodo. La
capacitancia equivalente para diodos de alta
velocidad es inferior a 5 pF. Está capacitancia
puede llegar a ser tan grande como 500 pF en
diodos de alta corriente (baja velocidad).
Es un punto sobre la curva de V-I del
diodo, al que le corresponde un valor
específico de tensión y de corriente.
Aplicando la ley de voltaje de Kirchoff, se puede
escribir:
i?? Y vD??
Para encontrar las soluciones se requiere una
segunda ecuación, ésta corresponde o está presente
en la característica V-A gráfica del diodo.
Dos puntos simples para graficar se encuentran anulando, una a la vez, una y otra variable.
Así, si iD = 0 se tendrá vD = VS y, si vD = 0, se tendrá i=VS/R.
Desde el punto Q se obtienen los valores de i (ID) y vD (VD).
