TEMA 4 DIODOS Y APLICACIONES

Transcripción

1 TEM 4 OOS Y PLCCONES UNÓN P-N EN CCUTO BETO Zona de transición p p0 Tipo p o de carga espacial Tipo n n n0 Concentración n p0 p n0 Carga espacial ρ Campo eléctrico E Potencial electrostático 0 1

2 0 UNÓN P-N POLZ EN NES p p0 Tipo p Tipo n n n0 Concentración n p0 p n0 Carga espacial ρ Campo eléctrico E Potencial electrostático 0 0 UNÓN P-N POLZ EN ECT p p0 Tipo p Tipo n n n0 Concentración n p0 p n0 Carga espacial ρ Campo eléctrico E Potencial electrostático 0 0-2

3 En cortocircuito el potencial de la unión se compensa con los potenciales en los contactos óhmicos de los terminales > 0 P N Grandes tensiones directa > necesidad de limitar la corriente OO ÁNOO CÁTOO K P N 3

4 4UNÓN EN CCUTO BETO * parece un potencial en la unión ( 0 ) * Existe un equilibrio dinámico en la unión 4POLZCÓN NES * umenta la anchura de la zona de transición o carga espacial * El potencial de la unión aumenta ( 0 ) * Corriente inversa 0 debido a portadores minoritarios 4POLZCÓN ECT * isminuye la anchura de la zona de transición o carga espacial * El potencial de la unión disminuye ( 0 - ) * Corriente directa debida tanto a huecos como a electrones CCTEÍSTC TENSÓN-COENTE η e T : Corriente inversa de saturación (constante a temperatura constante) η: Constante Ge: η1 Si: η1 -> grandes η2 -> pequeñas T : Tensión equivalente de temperatura T T (ºK)/ T300 ºK > T 26 m 4

5 Tensión de ruptura η e T 0 1 (m) γ > Tensión umbral 0,2 (Ge) 0,6 (Si) Z 0 γ 0,4 (Ge) 0,8 (Si) (volt) (µ) -> Ge (n) -> Si La corriente inversa 0 aumenta con la temperatura aproximadamente un 7 % por ºC. La corriente inversa 0 se duplica aproximadamente por cada 10 ºC de aumento de temperatura. T T ( T) 01 2 T T 10 La tensión equivalente de temperatura T también aumenta con la temperatura. η e T 0 1 Para mantener constante frente a aumentos de temperatura: d 25, m dt º C 1 5

6 ESSTENC ESTÁTC Y NÁMC E UN OO 4ESSTENC ESTÁTC () > Parámetro muy variable y poco útil pendiente 1/ 4ESSTENC NÁMC (r) r d d pendiente 1/r η e T 0 1 r η T K 1 g r d d η 0 e η T T 0 η K es constante a temperatura constante T η T 6

7 Para modelos de pequeña señal se puede suponer r constante p << > pequeño P sen wt p 1/r 1/ f f Forward r everse p 1/ r γ 4OO EL γ 0 γ > f 0 < γ > r MOELOS EL OO K K irecta K nversa 7

8 4OO EL MOELOS EL OO 1/ f 1 2 1/ r γ f r 1 y 2 son ideales γ > γ f < γ > γ r Modelos intermedios: f 0 ó r ó γ 0 ó combinaciones K γ CPC E L ZON E CG ESPCL O TNSCÓN La anchura de la zona de carga espacial y por lo tanto la carga aumenta con la tensión inversa, lo cual equivale a un efecto de capacidad: C T dq d donde C T es la capacidad de transición 8

9 ensidad de carga ntensidad de campo E p n N -W p 0 W n -W p 0 -N N >> N W W n x x W p << W n W q N N de dx W W q N p p N W ρ q N ε ε q N E x K ε E ( x W ) q N K ε 0 W n W q N E ( x W ) ε n d dx Potencial 0 j x C T dq d ε W 4OOS E CPC BLE (aricaps: ariable Capacitors) (aractores) ε C T ε W 2ε j q N Cte Si j aumenta entonces C T disminuye (rango de pf) plicaciones varicaps: Filtros variables sintonizadores LC radiofrecuencia (HF, UHF) j 9

10 CPC E FUSÓN En polarización directa, si aumenta implica que aumenta la concentración de minoritarios en ambos lados de la unión. Esto implica que aumenta la carga almacenada Q produciéndose también en este caso un efecto capacitivo Concentración Q τ exceso de carga de portadores minoritarios tiempo de vida medio de los portadores P N C dq d τ d d τ r resistencia dinámica de la unión n po x0 p no x C C p C n τ p τ n r r C (orden de µf) es mucho mayor que C T (puede llegar a nf) TEMPOS E CONMUTCÓN EL OO C >> C T Es mucho más importante el tiempo de recuperación al pasar de conducción directa a inversa que al revés 10

11 i L i F t1 t2 t3 t - p n -p no en la unión t rr tiempo de recuperación en inversa (ns o µs) t t t rr s Tiempo almacenamiento t F F L L t s 0 t t Tiempo transición t t t - OOS E LNCH O ZENES Son diodos con suficiente capacidad de disipación para trabajar en la zona de conducción inversa. Se utilizan como estabilizadores de tensión L Z L Z - Z Zmin Z Si L > Z L > Z > Z constante Zmax Si > Z > Z > Z constante 11

12 4ZENE EL γ 0 γ > f 0 - Z < < γ > r - Z > z 0 MOELOS EL ZENE - Z Z Z K K K K irecta nversa egulación 4ZENE EL 1/ z - Z 1/ r γ 1/ f f 1 2 r Z 3 z 1, 2 y 3 son ideales γ > γ f - Z < < γ > γ r - Z > - Z z K γ 12

13 MECNSMOS P QUE SE POUZC L LNCH EL OO 4MULTPLCCÓN PO LNCH (creación por choque) * iodos poco impurificados * Z > 6 * Zona de carga espacial ancha * Coeficiente de temperatura positivo 4UPTU ZENE (campo eléctrico elevado, E /m) * iodos muy impurificados * Z < 6 * Zona de carga espacial estrecha * Coeficiente de temperatura negativo CCUTOS E EFEENC E TENSÓN 4Tensiones de referencia inferiores a 2. L L EF < 2. 13

14 4Pequeño coeficiente de temperatura L L EF. - Zener de multiplicación por avalancha > Coeficiente de temperatura positivo (T. aumenta -> Z aumenta) - iodo en directa > Coeficiente de temperatura negativo (T. aumenta -> disminuye) 4Tensiones de referencia altas L L EF. - Menor disipación que con un único zener de Z elevada - Menor coeficiente de temperatura combinando los dos tipos de zener (Multiplicación por avalancha y ruptura Zener) - Menor resistencia que con diodos en directa 14

15 FOTOOOS SEMCONUCTOES 0 S L -> recta de carga 0 0 L L L (nversa) luminación constante luminación Sombra (nversa) La respuesta es la misma que las células fotoconductoras: % de pares e - -h creados λ C λ 15

16 OOS EMSOES E LUZ (LE) * Se denominan diodos LE (Light Emitting iode) * Uniones P-N polarizadas en sentido directo con elevada impurificación ( γ 1.) * Materiales especiales para producir luz en la recombinación, como por ejemplo el sga (rseniuro de Galio) * Tensiones inversas bajas -> destrucción por sobretensión * Corrientes reducidas (típicas de 10, 20 m) -> destrucción por sobrecorriente MONTJES PÁCTCOS CON LEs EQUPO ELECTÓNCO EQUPO ELECTÓNCO 16