TEMA 5. DIODO DE UNIÓN P-N.

Transcripción

1 TEM 5. DODO DE UNÓN P-N. Se denoina diodo de unión p-n al dispositivo constituido ediante una unión p-n con dos terinales y cuyo objetivo, en general, será conducir corriente eléctrica en un solo sentido. 5.1 UNÓN P-N POZD Se entiende coo polarización de una unión p-n a la aplicación externa de una diferencia de potencial continua o con un deterinado sentido a la unión. a polarización del diodo puede ser en directa o en inversa, coo vereos a continuación Unión p-n polarizada directaente a unión p-n está polarizada directaente cuando a la región p se le aplica un potencial ayor que a la región n. Para ello, tal y coo se ve en las Figuras 5.1 y 5., se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo (zona p) y el polo negativo al cátodo (zona n). Fig Unión p-n polarizada en directa. 5-1

2 Fig. 5.. epresentación circuital del diodo polarizado en directa y conexión real. En estas condiciones podeos observar los siguientes efectos: os huecos de la región p y los electrones de la región n son epujados hacia la unión por el capo eléctrico E pol a que da lugar la polarización. Por lo tanto, se reduce la anchura de la zona de transición. El capo eléctrico de la polarización E pol se opone al de la unión E u. sí, se reduce el capo eléctrico de la unión y, consecuenteente, la barrera de potencial. ecordar que, coo vios en el Tea 4, la barrera de potencial sin polarización es J = o. Con la polarización directa de la unión p-n se reduce en la fora J = o -, siendo la tensión directa aplicada a dicha unión, tal y coo se uestra en la figura siguiente. p J = o - n p n Fig educción de la barrera de potencial en la unión p-n polarizada en directa. 5-

3 Dado que ha de cuplirse que = p - J + n, se tiene que J = p + n -. Puesto que p + n = o, entonces se verifica que J = o -. Coo decíaos antes, al polarizar la unión p-n en directa disinuye la barrera de potencial y el valor de esa reducción es la tensión de la batería. Sin ebargo, en la práctica, el diodo siepre trabaja con barrera de potencial J en la unión, incluso con polarización directa. Si se aplicara suficiente polarización directa para que se anulara la barrera de potencial, circularía una corriente excesiva por la unión y podría destruirse ésta por sobrecalentaiento. a reducción del capo eléctrico de la unión reduce el efecto de arrastre 1. l ser la zona de transición ás estrecha, auenta el gradiente de las distintas concentraciones de portadores en ella y consecuenteente, auenta el efecto de difusión. No se alcanza el equilibrio, produciéndose una circulación neta de carga por el circuito. De esta fora, la corriente en la unión es por difusión y fuera de ella por arrastre. os portadores que atraviesan la unión se difunden alejándose de ella hasta que se recobinan con los portadores ayoritarios que son aportados por las corrientes de arrastre. sí, los electrones libres del lado n que atraviesan la unión se difunden en el lado p, donde son inoritarios, y se recobinan con huecos que aporta el arrastre, convirtiéndose en electrones de valencia en el lado p. Del iso odo, los electrones de valencia del lado n que atraviesan la unión hacia el lado p, o lo que es lo iso, los huecos del lado p que atraviesan la unión, se difunden en el lado n, donde son inoritarios, y se recobinan con electrones libres que aporta el arrastre. En definitiva, la corriente que atraviesa la unión es debida al oviiento de electrones y huecos inyectados a cada lado de la unión donde son inoritarios. os huecos que circulan de izquierda a derecha constituyen una corriente en el iso sentido que los electrones que se ueven de derecha a izquierda, y, por lo tanto, la corriente resultante que atraviesa la unión es la sua de las corrientes de los huecos y de los electrones inoritarios, que puede llegar a ser iportante. En una unión asiétrica, que corresponde a una unión con un lado ás dopado que el otro, la corriente será fundaentalente debida al tipo de portador ás abundante. 1 a corriente de arrastre es producida por el oviiento de electrones y huecos bajo la influencia de un capo eléctrico. Si éste es enor, evidenteente el efecto de arrastre será enor. as corrientes de difusión son debidas a las diferentes concentraciones de portadores, y pueden ser debidas tanto al oviiento de electrones coo de huecos. Dependen de lo que se denoina gradiente de concentración de portadores. ecordar que, a teperatura abiente, la difusión de cada portador a través de la unión iplica la difusión de otro portador del iso tipo en sentido contrario. Por lo tanto, en equilibrio, no hay corriente de difusión a través de la unión. 5-3

4 5.1. Unión p-n polarizada inversaente Una unión p-n está polarizada inversaente cuando a la región p se le aplica un potencial enor que al de la región n. Para ello, tal y coo se uestra en las Figuras 5.4 y 5.5, se conecta el polo negativo de la batería a la zona p y el polo positivo a la zona n. Fig Unión p-n polarizada en inversa. Fig epresentación circuital del diodo polarizado en inversa y conexión real. Con la unión p-n polarizada en inversa se observa lo siguiente: os portadores ayoritarios (huecos de la zona p y electrones de la zona n) de abas regiones tienden a separase de la unión, epujados por el capo eléctrico a que da lugar la polarización, auentando la anchura de la zona de transición. 5-4

5 El capo eléctrico en la unión auenta reforzado por el de la polarización, abos ahora del iso sentido, y la barrera de potencial pasa a ser J = o +. p J = o + n p n o Fig uento de la barrera de potencial en la unión p-n polarizada en inversa. Dado que ha de cuplirse que -= p - J + n, se tiene que J = p + n +. Puesto que p + n = o, entonces se tiene que J = o +, siendo el potencial de la pila. a polaridad de la unión es tal que tiende a llevar los huecos de la zona p y los electrones de la zona n a alejarse de la unión. Sólo los portadores inoritarios generados téricaente en abas regiones son epujados hacia la unión. sí, únicaente los pocos electrones de p, al pasar al lado n, forarán con los ayoritarios de esta región una corriente de arrastre, y de siilar anera, los pocos huecos de n, al pasar a p, forarán otra débil corriente de arrastre que se suará a la anterior. Esta pequeña corriente es la corriente inversa de saturación del diodo y su valor, que se designa por o, y que se encuentra liitado por el núero de portadores inoritarios, es independiente de la tensión inversa aplicada. Esta corriente inversa auentará con el increento de la teperatura. teperatura abiente, los diodos de silicio de pequeña señal tienen valores de o del orden de Se puede controlar el valor de o ediante el nivel de dopado del diodo. Para un diodo fuerteente dopado (abos lados), las concentraciones de inoritarios son bajas y la o pequeña. Tabién o depende del área de la unión, por lo que podeos decir, en general, que los diodos de señal tienen una o pequeña y los diodos de potencia una o elevada 3. 3 El diodo de señal es un diodo seiconductor epleado para la detección o el trataiento de una señal eléctrica de baja potencia. El diodo de potencia, en cabio, debido a su ayor taaño en coparación con un diodo de señal, puede llegar a soportar tensiones de ruptura del orden de k y conducir corrientes del orden de k, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta potencia, de ahí el nobre. 5-5

6 deás, dado que las concentraciones de inoritarios dependen de la generación térica, la corriente o es dependiente en alto grado de la teperatura. En el silicio se ha observado que la corriente inversa de saturación crece aproxiadaente un 7% por ºC. De este coportaiento podeos deducir que la corriente inversa de saturación se duplica de fora aproxiada cada 10 ºC de auento de teperatura. Si o = o 1 para T =T 1, cuando la teperatura es T, o viene dado por: ( T) o o1 ( TT1 ) 10. a corriente inversa real de un diodo es ayor que o debido a corrientes superficiales causadas por irregularidades en los bordes del seiconductor y a corrientes de fuga o de pérdidas del encapsulado. 5. CCTEÍSTC - DE DODO a curva característica del diodo resulta de representar gráficaente la relación = f(), que, ateáticaente, se aproxia por la ecuación de Shockley: q T T 1 1 o e o e, en donde: o es la corriente inversa de saturación del diodo. q es la carga del electrón (es decir, 1, culobios). T es la teperatura absoluta de la unión en grados elvin () 4. es la constante de Boltzan, de valor 1, J/. =1 es el denoinado coeficiente de eisión, que depende del proceso de fabricación del diodo, y que es 1 para Ge y para Si, en corrientes oderadas. T se conoce coo tensión térica o tensión equivalente de teperatura. Se obtiene coo T/q = T/ Entonces, para T = 300 T 0,06 = 6. Para» T «-T, o. e o T, es decir, crece exponencialente con ; y para 4 a relación entre grados elvin y grados Celsius es: T()T( o C)

7 l representar la ecuación o e T 1, se observan algunas diferencias con respecto al coportaiento real de una unión p-n, tal y coo se puede apreciar en las Figuras 5.7 y 5.8. [] [] Fig Curva - de acuerdo al odelo ateático de la ecuación de Shockley. [] r [] γ Fig Curva de funcionaiento real del diodo. Se observa que en la práctica el diodo con polarización no conduce a partir de =0, sino que es necesario alcanzar el valor, que se denoina tensión ubral o de codo. sí, se define coo al potencial que hace conducir al diodo en directa de fora que la corriente auente al 1% de su valor áxio o noinal 5 coo consecuencia de la reducción de la barrera de potencial, y es un dato del fabricante. Por ejeplo, toa aproxiadaente los siguientes valores: 5 a corriente áxia es la intensidad de corriente áxia que puede conducir el diodo sin fundirse. 5-7

8 = 0,. para el Ge. = 0,6 para el Si. = 0,3 para Schottky. = 1, para sga (ED). Cuando la tensión directa supera la tensión ubral, la barrera de potencial desaparece, de fora que para pequeños increentos de tensión se producen grandes variaciones en la corriente que circula a través de la unión. Otra diferencia que se puede observar al coparar abas curvas aparece cuando la tensión inversa aplicada auenta fuerteente hasta alcanzar la denoinada tensión de ruptura r, a partir de la cual la corriente auenta bruscaente por causas que coentareos ás adelante Coeficiente de teperatura (TC) Se define el coeficiente de teperatura (TC) de un diodo coo la variación de su tensión directa por grado centígrado de teperatura, es decir: ( T ) ( To ) TC ( / C), T T To donde T o = 5ºC. alores típicos de TC son, por ejeplo, -,0 /ºC (silicio), -,5 /ºC (geranio) ó -1,5 / o C (Schottky). [] 100 T 1 T 80 T 3 60 T 1 > T > T ,4 0,6 0,8 [olt] Fig Curvas - para polarización directa con TC negativo. 5-8

9 5.3 DODOS DE NCH os diodos de avalancha o zéner son diodos diseñados para trabajar en la zona de ruptura. a zona de ruptura se caracteriza porque la corriente puede variar apliaente peraneciendo la tensión constante. Para que esto suceda es necesario que trabaje dentro del argen de corrientes: Zín. Z Záx. El síbolo de un diodo zéner es el siguiente: Fig Síbolo del diodo zéner. y la curva característica - de este diodo es de la fora: Fig Curva - de un diodo zéner. a ruptura de una unión p-n no es un proceso destructivo, siepre que no se exceda la disipación áxia de potencia especificada: P Záx = Z Záx. Existen dos ecanisos para producir la ruptura de la unión del diodo, denoinados ultiplicación por avalancha y ruptura zéner. Multiplicación por avalancha: Se produce por el efecto de colisión entre los portadores inoritarios que atraviesan la unión y que, al alcanzar suficiente energía cinética, arrancan por choque otros electrones de los enlaces de los átoos creando nuevos pares electrón-hueco, los cuales a su vez pueden ionizar 5-9

10 de nuevo ás átoos por choque ediante este proceso de colisión, ruptura y ultiplicación. Se favorece este efecto de avalancha dopando ás un lado de la unión que el otro, por ejeplo, la zona p, lo que se denota coo p+. En este caso, la anchura de la zona de transición es grande, de fora que un electrón tendrá ucho caino libre para ser acelerado en dicha zona de transición y alcanzar una energía suficiente. z Fig Multiplicación por avalancha. El efecto avalancha es ayoritario con polarización inversa por encia de 6 voltios y presenta coeficiente de teperatura positivo. uptura zéner: Se produce por capo eléctrico uy intenso en la unión, que es capaz de originar la suficiente fuerza sobre los electrones coo para que ropan directaente su enlace covalente, dando lugar a portadores de corriente. Este efecto se produce en diodos uy dopados, con polarización inversa por debajo de 6 voltios, y presenta coeficiente de teperatura negativo. z Fig uptura zéner. 5-10

11 5.4 DODOS ED. FOTODODOS a fotónica, que estudia la generación, transisión y recepción de la luz, abarca, entre sus diferentes raas, la optoelectrónica, que se ocupa de los principios, diseño, fabricación y aplicaciones prácticas de aquellos dispositivos que cobinan la electrónica y la luz. En la práctica, estos dispositivos presentan unas aplicaciones uy nuerosas en todos los capos de la electrónica. Por ejeplo, en la electrónica de consuo, sensores para captura de iágenes fotográficas o escáneres, pantallas de visualización (plasa, lcd, led), sisteas de alacenaiento asivo (CD, DD, Bluray), sisteas de ipresión láser, lectores de códigos de barras, andos a distancia, láparas led, etc. En electrónica de counicaciones, eisores láser para fibra óptica, y receptores fotodiodos. En electrónica industrial, todo tipo de sensores ópticos para aplicaciones de control y autoatización de procesos, etc. Dos de los coponentes optoelectrónicos ás relevantes son los diodos eisores de luz o EDS y los diodos detectores de luz o fotodiodos, cuyo funcionaiento analizaos en las subsecciones siguientes Diodo Eisor de uz (ED) Un diodo ED, acrónio inglés de ight Eitting Diode (diodo eisor de luz), es un dispositivo fotónico basado en una unión p-n seiconductora, que eite luz onocroática (es decir, de un solo color) cuando se polariza en directa y es atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del aterial seiconductor epleado en la construcción del diodo pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últios la denoinación de ED (nfra-ed). Muchos dispositivos y equipos electrónicos disponen de un piloto de color (ED) para avisarnos de cualquier problea o cabio detectado en el iso (batería baja, encendido...). 5-11

12 Fig Curva de eisión luínica para el ED. En directa, todos los diodos eiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recobinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de ayor energía) a la banda de valencia (de enor energía). a frecuencia de la radiación eitida y, coo consecuencia, su color, dependerá de la anchura/altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es decir, de los ateriales epleados. En la Figura 5.14 se puede ver la denoinada curva de eisión luínica para el caso del ED. En la curva se representa la intensidad luínica relativa en función de la longitud de onda 6 de los fotones eitidos. a curva es de tipo capana, con un áxio pronunciado a la longitud de onda correspondiente al color eitido. El proceso de recobinación puede producirse en odo directo, coo sucede en el arseniuro de galio, en donde el electrón cae directaente al nivel de energía del hueco, eitiéndose un fotón de la isa energía que la perdida; o bien, en odo indirecto, cuando el electrón salta priero a un nivel interedio dentro de la banda prohibida (producido por una ipureza), y de ahí al nivel de energía del hueco. Esta recobinación indirecta, típica del silicio por ejeplo, no suele producir fotones, y la energía perdida se disipa en la red cristalina en fora de calor. Coo la intensidad luinosa eitida depende del nivel de recobinación, la cantidad de luz eitida depende de la corriente de polarización directa. En el circuito de la figura se observa un circuito de polarización típico de un ED, con una resistencia para liitar la intensidad. 6 a longitud de onda de una partícula de luz o fotón es la distancia recorrida por el fotón durante un periodo de la onda asociada, es decir, =ct=c/f, donde f es la frecuencia de la onda y c es la velocidad de la luz en el vacío ( /s). 5-1

13 Fig Conexión básica de un diodo led. os prieros diodos eisores de luz o ledes utilizaron arseniuro de galio (Gas), que eite radiación infrarroja. Mediante la incorporación de ateriales adicionales se pueden conseguir longitudes de onda visibles con rendiientos ejorados. os ledes tienen geoetrías especiales para evitar que la radiación eitida sea reabsorbida por el aterial circundante del propio diodo, fenóeno que ocurre en los diodos convencionales. deás, es iportante escoger adecuadaente la corriente que atraviesa el led para obtener una intensidad luinosa adecuada. El voltaje de operación va desde 1,5 a 4,4 voltios aproxiadaente, y la gaa de intensidades que puede circular por un led estándar va desde 10 hasta 40 (típicaente, 0 ). Copuestos epleados en la construcción de diodos ED rseniuro de galio (Gas) rseniuro de galio y aluinio (lgas) rseniuro fosfuro de galio (GasP) Fosfuro de galio (GaP), Nitruro de galio (GaN) Seleniuro de zinc (ZnSe), Nitruro de galio e indio (ngan) y Carburo de silicio (SiC) Diaante (C) ed azul o ultravioleta recubierto con fósforo fluorescente Color nfrarrojo ojo e infrarrojo ojo, naranja y aarillo erde zul Ultravioleta Blanco os ledes estándar están diseñados para potencias del orden de 30 a 60 W. En torno a 1999 se introdujeron en el ercado ledes capaces de trabajar con potencias de 1 W para uso continuo y en 00 se coercializaron ledes para potencias de 5 W, con eficiencias en torno a 60 l/w 7, es decir, el equivalente a una bobilla incandescente de 50 W. Hoy en día ya hay ledes con eficiencias del orden de 150 l/w, lo que está posibilitando incluso el epleo de ledes en la iluinación. deás, el coienzo del siglo XX ha visto aparecer los diodos OED (diodos ED orgánicos), fabricados con ateriales políeros orgánicos seiconductores. 7 El luen es la unidad del flujo luinoso, que es la potencia eitida en fora de radiación luinosa a la que el ojo huano es sensible. 5-13

14 unque la eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la alcanzada por los diodos inorgánicos, su fabricación es considerableente ás barata que la de aquéllos. En cuanto a las aplicaciones de los diodos led, son uchas y uy variadas. Por ejeplo, los ledes infrarrojos se eplean en andos a distancia, para aplicaciones de control reoto, y en optoacopladores (ver subsección 5.4.3). os ledes de luz visible se eplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado), en dispositivos de señalización (de tráfico, de eergencia, etc.) y en paneles inforativos, en el alubrado de pantallas de cristal líquido y en ipresoras ED. El uso de láparas ED en el ábito de la iluinación (incluyendo la señalización de tráfico) es previsible que se siga increentando en el futuro, ya que presenta indudables ventajas frente a otros sisteas de iluinación, por su elevado rendiiento y larga vida útil. os diodos OED, por su parte, podrían ser utilizados en un futuro en las pantallas de televisión, de ordenador o de dispositivos portátiles, una vez superados los probleas de degradación de los ateriales orgánicos con los que se fabrican Fotodiodos El fotodiodo es un diodo detector de luz, es decir, un dispositivo que, basado en la tecnología de seiconductores de silicio, convierte las señales de luz de entrada en una corriente eléctrica de salida. El fotodiodo de unión p-n polarizada en sentido inverso es un eleento básico para coprender los dispositivos fotosensibles de silicio. Cuando la luz de longitud de onda apropiada es dirigida hacia la unión, se crean pares hueco-electrón que se desplazan a través de la unión debido al capo generado en dicha unión. El resultado es un flujo de corriente en el circuito externo, denoinado fotocorriente, que es proporcional a la intensidad de la luz que incide en el dispositivo. El fotodiodo se coporta básicaente coo un generador de corriente proporcional a la iluinación, y que peranece prácticaente constante hasta que se alcanza la tensión de avalancha. Fig Fotodiodo de unión p-n polarizado inversaente. 5-14

15 El fotodiodo exhibe un pico de respuesta en una longitud de onda radiante deterinada. Por ejeplo, para un fotodiodo típico de silicio ésta se halla aproxiadaente en 850 n. Para esta longitud de onda se produce la áxia cantidad de pares electrón-hueco en la proxiidad de la unión. a ayoría de los detectores de luz counes consisten en una unión de fotodiodo y un aplificador, que es necesaria porque la corriente del fotodiodo se halla en el argen coprendido entre las décias de icroaperio y las decenas de icroaperio Optoacopladores Existen uchas aplicaciones en las que la inforación debe ser transitida entre dos circuitos eléctricaente aislados uno de otro. Este aislaiento puede ser conseguido de diferentes foras, siendo el optoacoplador una de las ás efectivas, donde el aislaiento de ruido y de alta tensión, y el taaño, son características deterinantes Un optoacoplador es un dispositivo que contiene una fuente de luz y un detector fotosensible separados una cierta distancia y sin contacto eléctrico entre ellos. a clave del funcionaiento de un optoacoplador está en el eisor, un ED, y en el detector fotosensible, generalente un fotodiodo o un fototransistor, a la salida. a energía de luz proporcionada por el eisor está situada generalente en la región de los infrarrojos o uy cercana a ella. Fig Conexión básica de un optoacoplador. 5.5 MODEOS NEES DE DODO Para realizar el análisis de circuitos con diodos, vaos a estudiar dos étodos: el étodo gráfico, y el étodo lineal, basado en los odelos circuitales lineales del diodo. 5-15

16 5.5.1 nálisis de circuitos con diodos. Método gráfico El análisis de circuitos que incluyen diodos de unión puede hacerse gráficaente a partir de la curva característica -. Por ejeplo, en el circuito de la Fig el problea a resolver consiste en deterinar los valores e del punto de funcionaiento Q del diodo. a intersección de la recta de carga (representada en azul) con la curva característica del diodo (representada en rojo) nos da el punto de trabajo Q. [] CU DE COMPOTMENTO = f() UN TEMP. Fig Circuito básico con diodo de unión p-n polarizado en directa. Obtención del punto de trabajo ( y en el diodo) a partir de la intersección entre la curva característica - y la recta de carga del circuito obtenida a partir de la ecuación de alla. i Q PUNTO DE TBJO (intersección de la recta y la curva) ECUCÓN DE M (depende de y i ) i [] 5.5. nálisis de circuitos con diodos. Método lineal Con el étodo lineal y para siplificar el análisis, se va a sustituir el diodo (dispositivo no lineal), por circuitos lineales (odelos) que resultan de aproxiar su característica ediante traos rectos. 5-16

17 Q Q P P P Q Fig esistencia estática y dináica del diodo esistencia de la unión p-n a resistencia estática de un diodo se define coo la relación entre la tensión y la corriente, es decir, /. En un punto cualquiera de la curva característica - del diodo, la resistencia estática se obtiene coo la inversa de la pendiente de la recta que une dicho punto con el origen de coordenadas. Podeos hablar de resistencia estática en directa ( F ) y de resistencia estática en inversa ( ). De acuerdo con la Fig. 5.19, las resistencias estáticas en directa y en inversa tendrían las expresiones siguientes: F = Q / Q y = P / P, respectivaente. Puesto que varía de fora considerable con el punto elegido, no es un paráetro adecuado para definir el coportaiento del diodo. a resistencia dináica o increental, en cabio, constituye un paráetro iportante del diodo. Se define coo la inversa de la pendiente de la curva característica = f(), en el punto de funcionaiento, es decir: d dináica.. 0 d En el punto Q, con polarización directa, teneos que la resistencia dináica en directa se obtiene coo f d d y en el punto P, con polarización inversa, la resistencia dináica en inversa se obtiene coo r d d Q P. 5-17

18 En el diodo se cuple que la resistencia en directa es pequeña y en inversa grande. Teníaos teóricaente que la corriente en el diodo se podía odelar ateáticaente de acuerdo a la ecuación o e T 1 y, por lo tanto, d d v T e o T T o, de donde: d T dináica. d o Si en el punto Q se cuple que Q >> O, la resistencia dináica en directa toa la siguiente expresión: T f. Q Modelos lineales equivalentes del diodo pn a aproxiación lineal del diodo proporciona resultados bastante satisfactorios en la ayoría de aplicaciones prácticas en ingeniería electrónica. aos a considerar al diodo pn coo un dispositivo de dos o tres estados o zonas de funcionaiento: D ON : conducción directa con 0. D OFF : corte o no conducción con =0. D N : conducción en inversa con 0 continuación vaos a ver en detalle la representación circuital lineal del diodo pn, tanto el odelo copleto coo distintos casos particulares del iso. 5-18

19 a) Modelo copleto : f0, r, 0. CCUTO NE EQUENTE DECTO DECTO 0 NESO 0 f r D ON D OFF D N b) Modelo con resistencia en inversa infinita: f 0, r, 0. CCUTO NE EQUENTE DECTO D ON NESO D OFF f c) Modelo con resistencia inversa infinita y tensión ubral nula: f0, r, =0. CCUTO NE EQUENTE DECTO 0 f D ON NESO 0 D OFF 5-19

20 d) Modelo con resistencia en directa nula y resistencia en inversa infinita: f =0, r, 0. CCUTO NE EQUENTE DECTO NESO D ON D OFF e) Modelo con resistencia en directa nula, resistencia en inversa infinita y tensión ubral nula (interruptor ON-OFF): f =0, r, =0. CCUTO NE EQUENTE DECTO 0 NESO 0 D ON D OFF Modelos lineales equivalentes del diodo zéner aos a considerar en el diodo zéner tres estados o zonas de funcionaiento: D ON : conducción directa con 0. D OFF : corte o no conducción con =0 D ZÉNE : conducción en inversa zéner con 0. a) Modelo copleto: f 0, r, 0, z 0. CCUTO NE EQUENTE DECTO NESO z NESO z f Z D ON D OFF Z D ZÉNE 5-0

21 b) Modelo siplificado: f =0, r, =0, z =0. CCUTO NE EQUENTE DECTO 0 NESO z 0 NESO z D ON D OFF D ZÉNE 5.6 PCCONES: CCUTOS ECTFCDOES. FTO DE CONDENSDO Se denoina rectificador a un sistea capaz de convertir una onda alterna en una onda unipolar 8 con coponente edia o continua no nula ectificador de edia onda, onda siple o siple onda En este tipo de rectificador solaente se produce transferencia de energía sobre la carga durante uno de los seiciclos de la señal alterna de entrada, o lo que es lo iso, cuando tiene una deterinada polaridad. Fig ectificador de edia onda. En un rectificador de edia onda con señal de entrada : se tiene que i = sen con = t = ft =t/t i 0 0 i = sen i 0 i = 0. Por lo tanto, teneos que: 8 Una señal unipolar es una señal que tiene siepre la isa polaridad, positiva o negativa. 5-1

22 5- Fig Señal de entrada y tensión en el diodo en un rectificador de edia onda. D (f0, =0, r) f f ) ( f f ef D ef ef ef ef f dc dc dc P P d sen d sen Fig. 5.. nálisis del rectificador de edia onda. Destacar que la tensión inversa áxia que ha de soportar el diodo es.

23 5.6. ectificador de onda copleta o de doble onda en puente de diodos En este tipo de rectificador se produce transferencia de energía sobre la carga durante los dos seiciclos de la señal alterna de entrada, o lo que es lo iso, para sus dos polaridades. Fig ectificador de onda copleta en puente de diodos. Durante el seiciclo positivo de la señal de entrada, conducen los diodos D1 y D3, que quedan en serie con la carga, y en el negativo lo hacen D y D4. Fig nálisis cualitativo del rectificador de onda copleta en puente de diodos. 5-3

24 D (f0, =0, r) i i ef dc sen sen dc dc ( ef ef f ) f P ef PD Def f 4 P 4P Dtotal f D f Fig nálisis del rectificador de onda copleta en puente de diodos. a tensión inversa de pico que han de soportar los diodos, es: inv.áx.= -.f. f «5.6.3 ectificador de onda copleta con filtro de condensador Con el objetivo de ejorar la calidad de la señal continua procedente de un rectificador se utilizan filtros paso bajo en su salida para reducir el nivel de rizado. El filtrado se puede realizar situando un condensador de capacidad lo suficienteente alta en paralelo con la carga, de tal odo que va a alacenar energía en el periodo de conducción del rectificador y la va a liberar sobre la carga durante la no conducción del iso. 5-4

25 Fig ectificador de onda copleta con filtro de condensador. Fig Señal de salida en un rectificador de onda copleta con filtro de condensador T1 = intervalo de tiepo de conducción o de carga. T = intervalo de tiepo de no conducción o descarga. r = tensión pico a pico o profundidad del rizado. a tensión o profundidad del rizado r depende inversaente de la resistencia de carga y de la capacidad del condensador C utilizado para el filtrado, coo vereos a continuación. 5-5

26 Dado que el condensador se descarga de odo exponencial a través de, su caída de tensión coincide con la tensión de rizado, es decir, r T C e, donde es el valor áxio de la señal a la salida del rectificador de onda copleta en puente de diodos. Coo habitualente se cuple C>>T, entonces podeos utilizar la aproxiación lineal de e -x 1-x (x<<1). Por lo tanto, resulta que T T r 1 C. C Puesto que generalente, el tiepo de carga T 1 es ucho enor que el tiepo de descarga T, por lo que podeos escribir T T 1. f Sustituyendo esta últia relación en la expresión de la tensión de rizado nos queda que la tensión de rizado es aproxiadaente r, f C y que la tensión y la corriente continuas en la carga: dc r 4 f C dc dc. 5-6