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Capítulo 18:

 La barrera de energía (3/3)

b)   Problema 2.1

¿Cuál es la barrera de potencial en un diodo de silicio cuando la temperatura de la unión es de 100 C?

Solución:

Si la temperatura de la unión aumenta a 100 C, la barrera de potencial disminuye en

(100 - 25)·2 mV = 150 mV = 0,15 V

con lo que el valor de la barrera de potencial es

VB = 0,7 V - 0,15 V = 0,55 V

c)    Problema 2.2

Un diodo de silicio tiene una corriente inversa de saturación de 5 nA a 25 C. Calcule la corriente inversa de saturación a 100 C.

Solución:

La corriente inversa de saturación se duplica por cada aumento de 10 C. Por tanto, es igual a 10 nA a 35 C, 20 nA a 45 C, 40 nA a 55 C, 80 nA a 65 C, 160 nA a 75 C, 320 nA a 85 C, 640nA a 95 C, 1,28 mA a 100 C.

Recuerde que la regla sólo es una aproximación. Para obtener mayor precisión se puede emplear la regla del incremento del 7 por 100 por cada grado de aumento de temperatura. En este caso,

IS = 1,07·1,07·1,07·1,07·1,07·640 nA = 1,075·5 nA = 799 nA

EL DIODO DE UNIÓN

En este tema estudiaremos las aproximaciones para los diodos, las aproximaciones empleen dependen de lo que se quiera hacer.

Los objetivos de este tema son:

Dibujar la curva característica del diodo con sus elementos más importantes.

Ser capaz dibujar el símbolo del diodo diferenciando el ánodo del cátodo.

Saber buscar en la hoja de características de un catálogo los cuatro parámetros característicos del diodo.

Ser capaz de explicar el funcionamiento del diodo ideal.

Conocer los distintos tipos aproximaciones que existen y para que casos se utilizan.

La resistencia como dispositivo lineal

Antes de ver el diodo vamos a ver las características de la resistencia.

La resistencia de carbón típica está formada por polvo de carbón machacado. Son importantes las dimensiones del carbón.

La barrera de energía (3/3)

Para analizar el comportamiento de esa resistencia la polarizaremos primero en directa y luego en inversa. Se toman los valores con un Amperímetro y un Voltímetro y se representa la I en función de V, con lo que tendremos el comportamiento de la resistencia.

La barrera de energía (3/3)

Si polarizo al revés las ecuaciones son las mismas, pero las corrientes y las tensiones son negativas.

La barrera de energía (3/3)

Entonces al final nos quedará de la siguiente forma:

La barrera de energía (3/3)

A esta representación se le llama "Curva Característica" y es una recta, por ello se dice que la resistencia es un "Elemento Lineal". Es más fácil trabajar con los elementos lineales porque sus ecuaciones son muy simples.

La curva característica del diodo

Analizamos de la misma forma el diodo:

La barrera de energía (3/3)

Se le van dando distintos valores a la pila y se miden las tensiones y corrientes por el diodo, tanto en directa como en inversa (variando la polarización de la pila). Y así obtenemos una tabla que al ponerla de forma gráfica sale algo así:

La barrera de energía (3/3)

El diodo como dispositivo no lineal

Esta es la curva característica del diodo (un diodo se comporta de esa forma). Como no es una línea recta, al diodo se le llama "Elemento No Lineal" ó "Dispositivo No Lineal", y este es el gran problema de los diodos, que es muy difícil trabajar en las mallas con ellos debido a que sus ecuaciones son bastante complicadas.

La ecuación matemática de esta curva es:

La barrera de energía (3/3)'

En directa, a partir de 0.7 V la corriente aumenta mucho, conduce mucho el diodo y las corrientes son muy grandes. Debido a estas corrientes grandes el diodo podría romperse, por eso hay que tener cuidado con eso (como máximo se tomará 0.8 V ó 0.9 V).

En inversa tenemos corrientes negativas y pequeñas.

A partir de -1 V se puede despreciar la La barrera de energía (3/3)y queda aproximadamente I = -Is, que es muy pequeña aunque no se ha tenido en cuenta la corriente de fugas, con ella sería:

 I = -( Is + If )

A partir de -1 V si no hubiera If tendríamos una corriente pequeña y horizontal pero como hay fugas que son proporcionales a la tensión inversa, bajando poco a poco.

La barrera de energía (3/3)

Si sigo aumentando la tensión inversa puede ocurrir la ruptura a la tensión de ruptura, en este ejemplo a  VR = -50 V aparece la avalancha y ya la ecuación no vale, es otra distinta:

La barrera de energía (3/3)

Y aquí el diodo se destruye a no ser que sea uno preparado (un diodo zener).

Al punto en el que se vence la barrera de potencial se le llama codo. La "Barrera de Potencial" ó "Tensión Umbral" es el comienzo del codo, a partir de ahí conduce mucho el diodo en directa.

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