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==TEMA 1: Diodos semiconductores==

1.1. Estructura física del diodo de unión

El diodo es un dispositivo electrónico pasivo formado uniendo dos semiconductores.

♦ Conductores, semiconductores y aislantes

!	!	!
AISLANTE	SEMICONDUCTOR	CONDUCTOR
Los semiconductores más usado son el Silicio (Si) y el Germanio (Ge) con 1.21 eV y 0.785 eV respectivamente.

♦ Semiconductores intrínsecos

!covalente.png Los órdenes de magnitud son del V, mV en el caso de la tensión y mA, \mu A en el caso de la corriente. Nº n^- = Nºp^+

♦ Semiconductores extrínsecos

Se dopan los semiconductores, es decir, se le añaden impurezas.

• Semiconductores tipo N: las impurezas son átomos con 5 electrones en valencia (Grupo V). Nº n^- > Nºp^+
• Semiconductores tipo P: Las impurezas son átomos con 3 electrones en valencia (Grupo III). Nº n^- < Nºp^+

♦ La unión PN

Se comporta como un Diodo. En el caso del Silicio, el Potencial de Unión vale 0.71V. !union_pn.png

1.2. Un diodo como dispositivo de dos terminales

♦ Símbolo

!diodo.png

♦ Características tensión/intensidad y región de operación

!curva_caracteristica-Ge-Si.png

1. Región de polarización directa o conducción (V_D>0)
2. Región de polarización inversa o corte (-V_Z<V_D<0)
3. Región de ruptura (V_D<0)

Ecuaciones características del diodo: I_D=I_S(e^\frac{V_D}{\eta V_T}-1) V_T=\frac{kT}{q} donde T es temperatura (K), q=1.6\times10^{-19}C y k=1.38\times10^{-23}\frac{J}{K} \eta=1 (Ge); 2(Si) I_S\equiv intensidad inversa de saturación o corriente de fugas.

1.3. Recta de carga y punto de trabajo

!resistencia_diodo_circuito.png ¿I_D,V_D?

-V_{CC}+I_D\times R+V_D=0\Rightarrow I_D=-\frac{1}{R}V_D+V_{CC}

!punto_trabajo_recta_carga.png

1.4. Otros diodos semiconductores

♦ Diodo Zener

♦ Curva

!diode-diode11.png

♦ Símbolo

!Pasted image 20231003143208.png

♦ Diodo Schottky

♦ Curva

!Pasted image 20231003144156.png

♦ Descripción gráfica

!schottky.png

♦ Detalles

• Fáciles de fabricar
• Muchos e^{-}\rightarrow más velocidad.

♦ Diodo PIN

♦ Descripción gráfica

!PIN.png

♦ Símbolo

!Pasted image 20231003144935.png

♦ Detalles

• Menor I_S
• Tensión de ruptura elevada.

♦ Diodos emisores de luz (LED) y fotodiodos

♦ Símbolos

LED	Fotodiodo

♦ Detalles

• Muy bajo coste
• Mucha eficiencia

1.5. Modelado de dispositivos

♦ Condiciones

1. Abstraer el funcionamiento
2. Rango de validez
3. Complejidad VS Precisión
4. Linealidad

♦ Tipos de análisis

a) Gran señal	b) Pequeña señal
!	!

1.6. Análisis de circuitos en gran señal

♦ Diodo de unión

• MODELO IDEAL ! Si I_D>0\Rightarrow V_D=0\rightarrow Diodo ON Si V_D\leq0\Rightarrow I_D=0 Diodo OFF

• MODELO DE PRIMERA APROXIMACIÓN ! Si I_D>0\Rightarrow V_D=V_{ON} Si V_D\leq V_{ON}\Rightarrow I_D=0

• MODELO DE PRIMERA APROXIMACIÓN ! Si I_D>0\Rightarrow V_D=V_\gamma +I_D·R_{ON} Si V_D\leq V_\gamma\Rightarrow I_D=0

♦ Método de análisis

1. Seleccionar el modelo más adecuado.
2. Suponer un estado de los diodos. Resolver.
3. Comprobar si la suposición es correcta. Si no, de nuevo a 2).

♦ Fuente de señal constante

Uno de los diodos presentes en el circuito se encuentran en un único estado que depende del valor constante de la señal de entrada. La manera más sencilla de abordar el análisis es, una vez seleccionado el modelo, suponer un posible estado para cada diodo (ON vs OFF), substituirlo por el modelo equivalente y resolver el circuito.

♦ Fuente de tensión variable

Los diodos presentes en el circuito pueden encontrarse en distintas zonas de operación, dependiendo del valor de la señal de entrada. La manera más directa de abordar el análisis es resolver el circuito para cada una de las posibles combinaciones de estado de los diodos, determinando el rango de validez de cada una de ellas como función de V_I o V_O . Este modo de análisis permite además obtener la función de transferencia.

Siguiendo los siguientes pasos, la resolución de circuitos se vuelve más sencilla:

1. Definición de variables: V,$I$...
2. Leyes de mallas y nudos: \sum_{i=0}^{n}V_i=0 y la I entrante en un nudo equivale a la saliente.
3. Leyes constitutivas: V=I·R

1.8. Aplicaciones

♦ Rectificación: media onda

Formado por un Diodo y una Resistencia en serie. ! La función de transferencia y la entrada/salida del rectificador quedarían así: !

♦ Rectificación: onda completa

! Analizando el circuito queda:

• Semiciclo positivo (V_S>0): D_1 y D_2 ON, D_3 y D_4 OFF \Rightarrow V_O = V_S
• Semiciclo negativo (V_S<0): D_1 y D_2 OFF, D_3 y D_4 ON \Rightarrow V_O = -V_S
• V_S=0: D_1 OFF, D_2 OFF, D_3 OFF, D_4 OFF \Rightarrow V_O=0 Con lo cual la función de transferencia y la entrada/salida quedan así: !

♦ Filtrado

El tipo más común de filtro usa un único condensador (se conoce como detector de pico). ! La onda filtrada queda de la siguiente forma: !

♦ Regulación

El regulador de tensión es un circuito cuyo propósito es proporcionar una tensión de continua de valor constante a su salida. Tiene las siguientes características básicas: 1.- Rango de variación de la tensión de entrada (V_I,mín y V_I,m\acute{a}x). 2.- Valor de regulación de la tensión de salida (V_Z). 3.- Rango de intensidad capaz de ser suministrada por el regulador (I_L,mín y I_L,m\acute{a}x). El circuito regulador más simple es el siguiente: !Pasted image 20231003212745.png Y su función de transferencia es: !

♦ Limitadores (clamping)

Los circuitos limitadores o recortadores se emplean para eliminar en la salida una porción de la señal de entrada que se encuentre por encima, por debajo o situada fuera de dos niveles de referencia, sirviendo también como circuitos de protección contra sobretensiones. !Pasted image 20231005174946.png Su función de transferencia y la onda limitada quedan de la siguiente forma: !Pasted image 20231005175035.png