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Tema 2: Diodos y circuitos con diodos

Electrónica Analógica 1º Licenciatura en Radioelectrónica Naval1

INDICE

1. Características del diodo: Corriente deconducción, corriente de saturación corrientezener y corriente de avalancha

2. Análisis de circuitos con diodos: la línea decarga. Ejemplo.

3. Modelos del diodo: diodo ideal, diodo contensión de codo, diodo con resistencia.Ejemplos.

4. Circuito rectificador de media onda con y sinfiltro.

5. Circuito rectificador de onda completa con ysin filtro.

6. Circuitos conformadores de onda:recortadores y limitadores.

7. Circuitos reguladores de tensión: zener.Ejemplo.

8. Circuitos lineales equivalentes en pequeñaseñal.

9. Repaso de notación de I y V.

10. Tipos de diodos: Schottky, LED, Varicap,Fotodiodo.



CARACTERISTICAS DEL DIODO• Fabricación: se obtiene dopando un cristal de Si

con MTN por un extremo y por otro con MTP.• Posee dos terminales: ánodo (MTP) y cátodo

(MTN), su símbolo es el de la figura:

A C

• Característica I-V

iD

+ vD -



• Corriente de ruptura inversa: se usan paramantener valores fijos de tensión.

Efecto avalancha (vD<-6V): debido aportadores minoritarios generadostérmicamente, al llegar a la ZD toman energíadel E allí existente y chocan contra los átomosrompiendo enlaces covalentes --> Aumenta elnúmero de portadores que siguen rompiendootros enlaces y por tanto aumenta la corriente.

Efecto Zener (0<vD<-6V): el E de la ZDpuede dar energía a los e- que forman enlacesy romperse, tiene lugar en materiales muydopados.



ANÁLISIS DE LA LÍNEA DE CARGA• La curva del diodo no es lineal por ello

debemos apoyarnos en métodos gráficospara resolver circuitos que lo incluyan -->Línea de carga

DDssvRiv +=

• Necesitamos otra ecuación que relacione lasdos incógnitas que tenemos vD e iD.

−= 1)exp(

T

DSD nV

vIi

que gráficamente es la característica I-V deldiodo que acabamos de estudiar

• Si representamos ambas ecuacionesobtenemos la solución sin más que tomarcomo tal el punto de intersección de ambas.



Q(vD,iD)

P1(0,Vss/R)

P2 (Vss,0)



EJEMPLO DE LÍNEA DE CARGATomemos el circuito anterior con los siguientesvalores:

Vss=2V R=1K

Paso1: Localizamos los puntos extremos de lalínea de carga.

P1 (0V, 2V/1k)=(0, 2mA)P2 (2V , 0mA)

Paso2: Trazamos la característica del diodo.Paso3: Calculamos el punto de intersección yese será el punto de trabajo del diodo en esecircuito.

P2 (2V,0)

Q (0.7V, 1.3mA)

P1 (0V,2mA)



MODELOS DEL DIODO• Simplifica el análisis de circuitos con diodos• Ante señales grandes podemos despreciar los

valores de RD y vD.

1. Modelo del diodo ideal: despreciamos vD yRD.

PD à vD=0 à Circuito cerradoà

PI à iD=0 à Circuito abierto à

Análisis à Suposición inicialà Comprobaciónà Reinicio si no es correcta

A C

A C

iD

vD

ABIERTO

CERRADO



EJEMPLO DEL MODELO 1

Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ON

Paso 2: Compruebo la suposición

iD2=3V/6K = 0.5mA OKvAC1=10V-3V=7V NO OK!!

Paso3: Repito con una suposición nueva

Paso2: Compruebo la nueva suposición

A1 C1 C2 A2

A1 C1 C2 A2



iD1=10V/(4+6)K = 1mA OKvAC2=3V-6K*1mA=-3V OK

2. Modelo de tensión de codo: despreciamosRD pero no vD.

PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à

PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à

EJEMPLO DEL MODELO 2

A 0.7V C

A C

iD

vD

ABIERTO

CERRADO

0.7 V



Paso1: Supongo D1 OFF y D2 ONPaso2: Compruebo la suposición

iD2= 0.7V / 2K = 0.35mA OKvAC1=12V-(-0.7)=12.7V NO OK!!

Paso3: Nueva suposición y comprobación.

iD1= 0.7V / 5K = 0.14mA OKvAC2=-12V-(-0.7)=-11.3V OK



3. Modelo de tensión de codo y resistencia:no despreciamos RD ni vD.

PDà iD >0 @ vD>0.7 (Si) à

PIà iD =0 @ vD<0.7 (Si) à A C

A 0.7V Rf C

iD

vD

ABIERTO

CERRADO

0.7 V



CIRCUITOS RECTIFICADORES• Convierten AC en CC à F.Alimentación,

Demoduladores, etc.• Tipos: RMO, ROC, ROC en puente.

CIRCUITO RECTIFICADOR DE MEDIAONDA

• vi(t) > 0 à PD à vo(t) = vi(t)• vi(t) < 0 à PI à vo(t) = 0



• Diodo real: considerar la caida de Vt.• Valores importantes:

Valor medio: valor de continuaequivalente, sin el resto de armónicos.

πω M

T T

ToMdc

VdttdtsenVT

V =

∫ ∫+=

2/

0 2/

01

Tensión Inversa de Pico:TIP = -VM

• Filtro à Valor de continua.

vi(t) >0 à D PD y C se carga a Vc=VMvi(t) <Vc à D PI y C se descarga en la cargavi(t) >Vc à D PD y C se carga a Vc=VM



La carga-descarga de C da un RIZADO :Q≅ILTQ=CV

C= ILT/Vr

La tension media de la carga será según lafigura

VL=VM-Vr/2

Al incluir el filtro debemos repasar el valor TIP

ahora será TIP = -2VM



CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDACOMPLETA

• Con dos diodos

Transformador à permite reducir la V de entrada

vi(t)>0 à A Conduce y B está cortado àvL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)

vi(t)<0 à A está cortado y B conduce àvL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)



Valor medio π

ω MT

oMdc

VtdtVT

V 2sen10

=

∫=

TIP =-2VM

• C.R.O.C con cuatro diodos

vi(t)>0 à A y B Conducen à vL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)

vi(t)>0 à C y D Conducen à vL(t)= vi(t)=VM sen(ωt)



La representación sería igual que para dosdiodos.

Valor medio π

ω MT

oMdc

VtdtVT

V 2sen10

=

∫=

TIP =-VM

• CROC con filtro



Carga y descarga del C

Tdescarga = Tseñal entrada / 2

Q=IL* T/2Q=CVr

C=(ILT)/(2Vr)

COMPARATIVA RECTIFICADORESRMO RMO 2 RMO 4

1 diodo 2 diodos 4 diodosVdc=VM/π Vdc=2VM/π Vdc=2VM/π

Vdc-real=(VM-0.7)/π Vdc-real=2(VM-0.7)/π Vdc-real=(VM-2x0.7)/π

TIP = VM TIP = 2VM TIP = VMTIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VM TIP( C ) =2 VMvi(t)=vMsenωt vi(t)=2vMsenωt vi(t)=vMsenωtTransformador Trans. Tierra Transformador



CIRCUITOS CONFORMADORES DE ONDA• Convierten una forma de onda en otra• Aplicaciones: generador de función,

transmisores, radar, etc.• Recortadores: recorta una parte de la señal

de entrada.

• vin(t) > 6V ó vin(t)<-9 àA ONB OFF à vo(t)=6V

• -9< vin(t) <6V à A OFFB OFF à vo(t)= vin(t)

La R actúa de limitadora à Grande evita ID alta à Pequeña evitacaída de tensión debido a IS



Es más adecuado sustituir las Vdc por Zener

vin(t) >6V à A = ONB = AVALANCHA à VO(t)= 6V

vin(t) <-9V à C = AVALANCHAD = ON à VO(t)= -9V

En el segundo circuito ninguno conduce sininguno está en avalancha.

vin(t) >6V à E = ONF = AVALANCHA à VO(t)= 6V

vin(t) <-9V à E = AVALANCHAF = ON à VO(t)= -9V



• Limitadores: limitan los picos positivos onegativos de la señal à Introducen DC

C grande à Descarga lentaà Z pequeña en AC

• vi(t0) = 0 à carga de C a 5V

• vi(t1) ≤ 5 à el C sigue cargándose VAC = -5 –(-5-5) = 5 PD VC = 5 + 5 - 0.7 = 9.3V

• vi(t2) < 5 à VAC = -9.3 –(-5-4) =-0.3 PI VC = 9.3V

vo (t) = -9.3V + vin (t)



CIRCUITOS REGULADORES DE TENSIÓN• Eliminan rizado• Regulación de entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100

Ideal 0

• Regulación a Plena Carga = 100argarg xV

VV

plenacaga

aplenacasinc −

• Regulación con diodo zener:

Zener àMantiene una V fija en la cargaàImax viene dada por la P capaz de disiparàImin valor necesario para que actúeàAbsorbe más o menos I para contrarrestar Vss

DiseñoàR limita la ImaxàVz marca el valor de VLàVssmin >VL



EjemploSi R=1K y Vss varía entre 15 y 20 hallar el % deregulación de entrada.

15 + 1K*iD + vD =0PTO 1 (0, -15mA) PTO 2 (-15V, 0)

20 + 1K*iD + vD =0PTO 1 (0, -20mA) PTO 2 (-20V, 0)

Usando el método de la recta de carga determinovo

vo(15V) = -10V y vo(20V) =-10.5Reg.Entrada = (∆VL / ∆VSS) * 100 =

(0.5/5)*100=10%Si incluimos la carga RL en el circuito podríamosaplicar Thevenin en los extremos del zener paraobtener un circuito más simple y una recta decarga.



Ejemplo 3.10. (Malik)Hallar los valores máximos y mínimos de RLcuando Rs=48.7 y VBB=15V. El zener de 5V tieneuna Izmin=10mA y su disipación de potencia es de1W.

• Pmax=1W=VzIzmax Izmax=1W/5V =200mA• Is=(15-5V)/48.7 = 205mA (L.Ohm)• IL = VL/RL=• Is=Iz+IL=cte (LCK)• Si la demanda de IL es grande Iz disminuirá

para mantener Is cte.Is=Izmin+ILmax à 205mA-10mA= ILmaxà

ILmax=195mA• Si la demanda de IL baja Iz aumentará para

mantener Is cte. Is=Izmax+ILmin à 205mA-200mA= ILmaxà

ILmin=5mA• Ahora podemos determinar el rango en que

puede variar R para un correcto funcionamientodel regulador.

Rmin=Vz/Imax=5/195=25.6 ohmiosRmax=Vz/Imin=5/5=1 kohm

48.7 Is IL

5VRL



CIRCUITOS LINEALES EQUIVALENTE ENPEQUEÑA SEÑAL

Dos partes en los circuitos electrónicos:• Tensión continua de alimentaciónà Polariza• Pequeña señal de alternaàPropósito

Diodo polarizado en Q. Inyecto señal alterna.

La “recta” es la pendiente de la curva: Qd

D

dvdi

su ecuación es D

QD

D

Dv

dvdii ∆

≅∆ , el inverso de esa

pendiente en la resistencia dinámica del diodoy es el modelo lineal equivalente del diodo antepequeña señal.



*Valor de la rd

Ecuación de Shockley:

−= 1)exp(

T

d

SD nVvIi à derivo

para obtener la pendiente en Q.

nà coeficiente de emision, entre 1 y 2.VT=KT/q à tensión térmica

K=1.38x10-23 J/Kq=1.6x10-19 C

VT @ 27ºC VT = 26mV

)exp(1

T

DQ

T

S

QD

D

nVV

nVI

dvdi =

En P.D VDQ>>VT à

=

T

DQ

SDQ nVV

II exp sustituyendo

T

DQ

QD

D

nVI

dvdi =

DQ

T

d InVr =

Notación:• vD e iD à valores instantáneos en D• VQ e IDQ à I y V de continua en D en el punto Q• vd e id à pequeñas señales de corriente alterna.



INDICE .........................................................1Análisis De La Línea De Carga..........................4Ejemplo De Línea De Carga .............................6Modelos Del Diodo..........................................7Ejemplo Del Modelo 1 .....................................8Ejemplo Del Modelo 2 .....................................9Circuitos Rectificadores................................. 12Circuito Rectificador De Media Onda ............... 12Circuito Rectificador De Onda Completa .......... 15Comparativa Rectificadores ........................... 18Circuitos Conformadores De Onda.................. 19Circuitos Reguladores De Tensión................... 23

Zener ...................................................... 23Diseño ..................................................... 23

Circuitos Lineales Equivalente En Pequeña Señal................................................................. 26

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