Capítulo 3: Junturas. EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS Para diodos en conmutación (sistemas...

Capítulo 3: Junturas

EFECTOS TRANSIENTES O TRANSITORIOS

• Para diodos en conmutación (sistemas digitales), el cambio de estado de conducción a no conducción y viceversa requiere de un cierto tiempo.

• Polarización directo a inverso: toff

• Polarización inverso a directo : ton

• Este tiempo es necesario para reacomodar las concentraciones de los portadores.


Cuando el contacto está muy lejos, WB >> Lp la distribución es exponencial y x puede ser aproximado por el largo de difusión.

x

pn(0)t 0 t1

t2

t3


toff

f

R

t1 t2 t3 t1 t1

t


• toff : Bajo condiciones de polarización directa hay una cierta densidad de carga por unidad de área presente en la región n, debido a los portadores minoritarios inyectados. Esta densidad de carga Qpn está dada por:

(3.95)

• La distribución es aproximada a un triángulo de base x.

• Para diodos de base angosta, la distribución corresponde efectivamente a una línea recta y x está dado por la separación entre el contacto y la juntura inyectada WB.

n

2f

p np j

x1Q qp 0 x

2 2D A


• Si la corriente promedio inversa fluyendo durante el periodo toff es R, Ave, el tiempo toff está dado por:

(3.96)

• Combinándola con la expresión anterior,

(3.97)

• O bien, para WB >> Lp (diodo de base ancha)

(3.98)

np joff

R,Ave

Q At

2f

offR,Ave p

xt

2D

foff p

R,Ave

1t

2


• Para WB << Lp (diodo de base angosta)

(3.99)

• Luego, el tiempo de apagado depende de la relación (f / R, Ave) que está dada por el circuito externo de la juntura y también depende del tiempo de vida de los portadores minoritarios (p) y del largo total del material n neutro (WB).

2f B

offR,Ave p

W1t

2 D

RESISTENCIA DEL DIODO

Símbolo:

Número o código: 1N4148, 1N4007, etc.

Semiconductor: Si Ge GaAs

(Voltaje de disparo) 0.6[V] 0.25[V] 1.4[V]

Vd

d Q


• Q corresponde al punto de trabajo. La pendiente que une Q con el origen entrega el valor de la resistencia estática. Entonces:

(3.100)dS

d

V1R

m


La resistencia dinámica del diodo entrega antecedentes acerca del comportamiento del diodo bajo la aplicación de una señal alterna. La figura a continuación muestra como obtener este valor.

Vd

dQ

d

Vd

Q


(3.101)

(3.102)

(3.103)

(3.104)

(3.105)

d dac

d d

V dVr

d

dq VkT

d se

dq Vd kT

sd

d qe

dV kT

d1

q Vd kT

sd

dV kTe

d q

acd

kTqr

APLICACIONES DEL DIODO

• Rectificador de media onda.


• Para un diodo de silicio, Vd = 0.6[V]. Luego, es correcto suponer que la fuente sinusoidal es V = VmSen(t) y que Vm >> Vd.

• De esta forma, debido a la presencia del diodo, el voltaje en la carga está dado por:

VL = VmSen(t) ; 0 t

VL = 0 ; t 2

• Para obtener la componente continua existente en la carga es necesario integrar, luego

CC

2m

L L

0

V1V V d t

2


• El voltaje inverso máximo corresponde al valor peak negativo de la fuente sinusoidal, Así,

VIM = Vm

• Para las Componentes de C.A. se debe calcular el Factor de rizado o de Ripple :

• Dado que es mayor que 1, dominan las componentes alternas. Luego es necesario filtrar conectando un condensador en paralelo con la carga.

CA

CC

L

L

V1.21

V


• Rectificador de onda completa.


• Claramente el voltaje aplicado a la carga corresponde a la superposición de dos rectificadores de media onda desplazados uno del otro en 180º, por lo que se tiene lo siguiente:

VIM = 2Vm

= 0.483

• Las componentes alternas son menores que la componente continua.

CC

mL

2VV


• Rectificador de onda completa en puente.

• Este rectificador tiene las mismas características que el rectificador de onda completa con punto medio.


• Rectificador de onda completa en puente.


• Filtro Capacitivo: Conectado en paralelo con la carga reduce el ripple dado que el condensador posee una baja reactancia para las componentes alternas de alta frecuencia.

• En el caso del rectificador de media onda, un condensador en paralelo con la carga debe tener una reactancia de

• El condensador debe soportar un voltaje de operación que la componente continua sobre la carga.

• También debe soportar la corriente Ic

1

2C LX R

f C


• Respuesta en la carga con un filtro capacitivo aplicado


• Para el rectificador de onda completa:


• Dada las características, el diodo zener sirve como regulador de voltaje o como fuente de voltaje de referencia.

• El circuito equivalente es:

VZ

Rz


• La regulación de voltaje es la constancia del voltaje con respecto a:

•El voltaje de entrada V1.

•La corriente que suministra a la carga.

•La temperatura.


• Considerando el siguiente circuito

• El diodo Zener esta caracterizado por una potencia y voltaje máximo. Ello determina la corriente máxima

Iz Vz

Rs

V1

1

max

zs

Z

V VR

I


• Respecto de la regulación se tienen los siguientes valores.• Factor de regulación

• Resistencia interna o de salida

• Factor de Temperatura

01 0Z

Zv

I T

V mVS

V V

0

1

0

0

Z

Z V T

VR

I

1

00

ZT

V I

VS

T


• Por ejemplo, Sv puede ser calculado como

• Generalmente Rs >> Rz. Luego

1

Z zv

s z

V RS

V R R

1z

v

s

RS

R


• Configuración serie: permite ampliar un voltaje de referencia

Las resistencias permiten equilibrar las caidas de tensión en los diodos


• Configuración paralelo: permite ampliar una corriente


• El uso de condensadores en paralelo permite filtrar ruido

1C F


• Referencias múltiples: Mientras el voltaje Vi sea mayor que la suma de Vz de los diodos, estos mantienen sus voltajes Vz.


• Compuertas AND / OR

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