Materiales Semiconductores, Ejercicios de Ingeniería electrónica

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Diodos

Profesora: Encarna García Vílchez

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2.2 .- Diodos.

2.2.1.- Materiales Semiconductores.

2.2.2.- El Diodo Semiconductor. Modelos.

2.2.3.- Análisis de circuitos con diodos.

2.2.4.- Tipos de Diodos.

2.1.5.- Circuitos de aplicación.

 A bajas temperaturas, la fuerte unión de los electrones de valencia no deja electrones libres para conducir la electricidad (material aislante).

 A medida que aumenta la temperatura, la vibración térmica de la red del cristal debilita algunos enlaces que pueden romperse, generando así, electrones libres. Los electrones son portadores de carga negativa y se mueven en sentido contrario al campo eléctrico.

 Esto también produce huecos electrónicos que aceptan electrones de átomos adyacentes. Los huecos actúan como portadores de carga positiva y se mueven en el sentido del campo eléctrico.

 Este movimiento de electrones y huecos constituyen el flujo de corriente (el material deja de ser aislante a alta temperatura).

Materiales Semiconductores Intrínsecos (puros).

Estructura atómica Si

Efecto de la temperatura Si

 El semiconductor intrínseco se dopa con impurezas pentavalentes denominadas impurezas donadoras.

 A temperatura ambiente, el quinto electrón está unido a los átomos adyacentes mediante un enlace covalente débil, que se rompe y pasa a ser un electrón libre que acaba circulando por la estructura.

Materiales Semiconductores Tipo N.

 Al unir los dos tipos de materiales, los portadores de carga mayoritarios se difunden debido al gradiente de concentración existente.

 Los huecos se difunden hacia el semiconductor tipo n y los electrones libres hacia el p.

 Esta difusión causa un incremento de la carga negativa en el lado p de la unión y que la carga positiva aumente en el lado n.

Uniones PN

Tipo P^ Tipo N

 En la proximidades de la unión se genera un campo eléctrico E (tensión umbral o Vϒ ) que se opone a la difusión de los portadores mayoritarios.

 Esta zona se denomina con diferentes nombres: zona de deplexión, región de carga espacial, barrera de potencial…

 La zona de deplexión es una zona libre de cargas libres.

Uniones PN

Tipo P^ Tipo N

E

Característica Tensión – Corriente Unión PN

(^) La corriente que fluye a través de una unión (^) (^) − pn ( (^) ) se puede relacionar de manera aproximada a la tensión aplicada mediante la expresión:

(^) : corriente inversa de saturación : tensión ánodo-cátodo : tensión térmica

=

→ (27ºC) = 25mV

: constante de Boltzmann ( = 1,3085 · 10 ⁄^ ) : temperatura absoluta : carga del electrón. (q= 1,602 · 10 -19^ C)

(^) (^) (^) −

Característica Tensión – Corriente Unión PN

(^) (^) (^) −

(^) (^) − 1

= −

Q

VQ

I (^) Q

E/R

E

Recta de Carga de un Circuito con Diodo.

= 0V > 0 A

CONDUCCIÓN / ON

< 0V

= 0 A

Modelo de Diodo ideal.

Este modelo lineal considera que el diodo se comporta como interruptor ideal cerrado cuando esta en conducción (ON), y como un interruptor ideal abierto cuando está en bloqueo (OFF). BLOQUEO/ OFF

= ϒ

> 0 A

BLOQUEO / OFF CONDUCCIÓN / ON

< ϒ

= 0 A

Modelo de Orden Cero del Diodo

Se trata de un caso particular del modelo anterior en el que se menosprecia el valor de la resistencia de conducción del diodo.

Ejercicio 5

1.- Dibujar la recta de carga del circuito de la figura y determinar el punto

de trabajo Q.

2.- Calcular la corriente que circula por el diodo considerando los

siguientes modelos:

a) Ideal. b) Primer Orden. c) Orden Cero.

Ejercicio 7

Els díodes de la figura es poden considerar ideals quan estan en estat de

bloqueig. En canvi, quan els díodes estan en estat de conducció presenten

una caiguda de tensió constant de 0,5 V.

— Amb el commutador C de la figura en la posició dibuixada, determineu:

a) La potència dissipada en la resistència R 1.

b) La potència dissipada en el díode D 1.

— Si accionem el commutador C de la figura, determineu:

c) La potència dissipada en la resistència R 2.

d) La potència subministrada per la font U 1.

Ejercicio 8

Exercicis PAC1.- Tema 2 Part II: Components discrets. Diodes

Del exercici 2.2.1 al 2.2.9 i 2.2.14 al 2.2.

Donat el circuit de la figura, determineu el corrent que circula per la resistència

de 2kΩ, utilitzant un model d’ordre cero per els díodes i suposant que la seva

tensió llindar és de Vᵧ=0,6V