Agenda 2

1
(No Transcript)
2
Diodo
3
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor intrínseco
0ºK
Si
Si silicio Grupo IV de la tabla periódica
4
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor intrínseco
0ºK

Si
5
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor intrínseco
acción de un campo eléctrico


Si
Si
6
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor intrínseco
acción de un campo eléctrico

• Conclusiones
• La corriente en un semiconductor es debida a dos
  tipos de portadores de carga HUECOS y ELECTRONES
  
• La temperatura afecta fuertemente a las
  propiedades eléctricas de los semiconductores
• mayor temperatura ? más portadores de carga ?
  menor resistencia

7
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor extrínseco
TIPO N
Sb antimonio Impurezas del grupo V de la tabla
periódica
Si
Sb

Es necesaria muy poca energía para ionizar el
átomo de Sb
A temperatura ambiente todos los átomos de
impurezas se encuentran ionizados
8
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor extrínseco
TIPO N
300ºK
Los portadores mayoritarios de carga en un
semiconductor tipo N son electrones libres
9
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor extrínseco
TIPO P
Al aluminio Impurezas del grupo III de la tabla
periódica
Si
Si
Al
-

Es necesaria muy poca energía para ionizar el
átomo de Al
A temperatura ambiente todos los átomos de
impurezas se encuentran ionizados
10
Introducción a la física de estado sólido
semiconductores
Semiconductor extrínseco
TIPO P
300ºK
Los portadores mayoritarios de carga en un
semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como
portadores de carga positiva.
11
La unión P-N
La unión P-N en equilibrio
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
12
La unión P-N
La unión P-N en equilibrio

-
-

-


-

-
-


-

-


-
-
-
-

-




-
-

-
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
Al unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N
aparece una zona de carga espacial denominada
zona de transición. Que actúa como una barrera
para el paso de los portadores mayoritarios de
cada zona.
13
La unión P-N
La unión P-N polarizada inversamente
N
P

-
-

-


-

-
-


-

-

-

-
-
-


-



-
-

-
La zona de transición se hace más grande. Con
polarización inversa no hay circulación de
corriente.
14
La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
N
P

-
-

-


-

-
-


-

-

-

-
-
-


-



-
-

-
La zona de transición se hace más pequeña. La
corriente comienza a circular a partir de un
cierto umbral de voltaje directo.
15
La unión P-N
La unión P-N polarizada en directa
N
P

-
-

-


-

-
-


-

-

-

-
-
-


-



-
-

-
La recombinación electrón-hueco hace que la
concentración de electrones en la zona P
disminuya al alejarse de la unión.
16
La unión P-N

• Conclusiones
• Aplicando un voltaje inverso no hay conducción de
  corriente
• Al aplicar un voltaje en directo, en la unión es
  posible la circulación de corriente eléctrica

DIODO SEMICONDUCTOR
17
Si juegan una carrera un diodo de silicio y uno
de germanio Quién gana?
18
INCISO Representación del componentes eléctricos
en diagrama V-I
19
CARACTERÍSTICA DEL DIODO
Idealmente, permite corriente directa (se
comporta como un cable) y bloquea o no permite la
corriente inversa (se comporta como un cable roto)
I
PRESENTA UN COMPORTAMIENTO NO LINEAL !!
P
N
V
ANÉCDOTA Un símil hidráulico podría ser una
válvula anti-retorno, permite pasar el agua
(corriente) en un único sentido.
20
DIODO REAL
A
K
Símbolo
Silicio Germanio
IS Corriente Saturación Inversa K Constante
Boltzman VD Voltaje en el diodo q carga del
electrón T temperatura (ºK) ID Corriente
diodo
21
DIODO REAL (Distintas escalas)
Ge mejor en conducción Si mejor en bloqueo
i mA
1
Si
Ge
V Volt.
0
-0.25
0.25
0.5
22
DIODO DISTINTAS APROXIMACIONES
Voltaje de umbral y Resistencia directa
23
DIODO LIMITACIONES
Corriente máxima Límite térmico, sección del
conductor
I
Voltaje inverso máximo Ruptura de la Unión por
avalancha
V
600 V/6000 A
1000 V /1 A
200 V /60 A
24
DIODO Parámetros facilitados por fabricantes
VR 1000V Voltaje inverso máximo IOMAX
(AV) 1A Corriente directa máxima VF
1V Caída de voltaje directo IR 50 nA
Corriente inversa
NOTA Se sugiere con un buscador obtener las
hojas de características de un diodo (p.e.
1N4007). Normalmente aparecerán varios
fabricantes para el mismo componente.
VR 100V Voltaje inverso máximo IOMAX
(AV) 150mA Corriente directa máxima VF
1V Caída de voltaje directo IR 25 nA
Corriente inversa
25
DIODO Parámetros facilitados por fabricantes
Tiempo de recuperación inversa
i
Baja frecuencia
Alta frecuencia
A alta frecuencia se aprecia un intervalo en el
cual el diodo conduce corriente inversa.
26
La unión P-N paso de conducción a bloqueo
N
P

-
-

-


-

-
-


-

-


-
-
-
-


-



-
-

-
Para que el diodo deje de conducir es necesario
extraer los portadores minoritarios de las
proximidades de la unión. El diodo conduce en
sentido inverso durante un cierto tiempo
recuperación inversa.
27
DIODOS ESPECIALES
Diodo Zener (Zener diode)
La ruptura no es destructiva. (Ruptura
Zener). En la zona Zener se comporta como una
fuente de Voltaje (Voltaje Zener). Necesitamos,
un límite de corriente inversa. Podemos añadir
al modelo lineal la resistencia
Zener. Aplicaciones en pequeñas fuentes de
voltaje y referencias.
28
DIODOS ESPECIALES
Diodo emisor de Luz Light Emitter Diode
Diodo LED (LED diode)
El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. Ga
As). Con la unión PN polarizada directamente
emiten fotones (luz) de una cierta longitud de
onda. (p.e. Luz roja)
A
A
K
K
29
DIODOS ESPECIALES
Los diodos basados en compuestos III-V, presentan
una corriente de fugas proporcional a la luz
incidente (siendo sensibles a una determinada
longitud de onda). Estos fotodiodos se usan en
el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones
principales Sensores de luz (fotómetros) Comu
nicaciones
Fotodiodos (Photodiode)
COMENTARIO Los diodos normales presentan
variaciones en la corriente de fugas
proporcionales a la Temperatura y pueden ser
usados como sensores térmicos
El modelo puede ser una fuente de corriente
dependiente de la luz o de la temperatura según
el caso
30
DIODOS ESPECIALES
Cuando incide luz en una unión PN, la
característica del diodo se desplaza hacia el 4º
cuadrante. En este caso, el dispositivo puede
usarse como generador.
Celdas solares (Solar Cell)
i
VCA
V
Zona uso
iCC
31
DIODOS ESPECIALES
Diodo Schottky (Schottky diode)

• Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el
  llamado efecto schottky.
• La zona N debe estar poco dopada.
• Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas
  muy bajas).
• Corriente de fugas significativamente mayor.
• Menores voltajes de ruptura.
• Caídas directas mas bajas (voltaje de umbral ?
  0.2 V).
• Aplicaciones en Electrónica Digital y en
  Electrónica de Potencia

El efecto Schottky fue predicho teóricamente en
1938 por Walter H. Schottky
32
ASOCIACIÓN DE DIODOS
DISPLAY
33
Electrónica de potencia

• Se puede definir como las aplicaciones de la
  electrónica estado sólido para el control y la
  conversión de energía eléctrica.
• La electrónica de potencia se basa principalmente
  en la conmutación de dispositivos semiconductores.

34
Superdispositivo de potencia debería

1. tener un voltaje cero de estado cerrado,
2. resistir un voltaje infinito en estado abierto,
3. manejar una corriente infinita, y
4. tiempo cero de cerrado y abertura es decir, una
   velocidad de infinita de conmutación.

35
Electrónica de potencia Aplicaciones
36
Tipos de electrónica (I)
37
Tipos de electrónica (II)
38
Electrónica de potencia ? transformación de la
energía eléctrica
Circuito de Potencia
Carga
Fuente Primaria
- Red - Baterías - Panelas solares - Generadores
Eólicos - Etc.
- Resistencia - Baterías - Lámparas - Motores -
Etc.
gobierno
información
Circuito de Control o mando
39
Tipos de conversión de la energía
Rectificador
Regulador de continua

• Cicloconvertidor
• Reg. alterna

Inversor
40
Rangos de potencia según el tipo de aplicación

• Media 100W 1kW
• Cargadores de Baterías
• Balastras Electrícos (HID)
• Secadores
• Reguladores de Velocidad

• Baja lt100W
• Alarmas
• Balastras Electrónicos
• (Fluorescentes)
• Fuentes de alimentación
• Herramientas Eléctricas.

• Alta 1kW 100kW
• Hornos de Inducción
• Accionadores para Locomotoras
• Secadores
• Soldadura automática

• Muy Alta 100kW 100MW
• Reguladores de Tomas (Alta tensión)
• Inversores para generadores
• Inversores no autónomos para
• generadores

41
APLICACIONES DE DIODOS
Detectores reflexión de objeto
Detectores de barrera
42
APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz Fotómetros Sensor de lluvia en
vehículos Detectores de humo Turbidímetros Sensor
de Color
43
COMENTARIOS SOBRE CIRCUITOS
Los diodos (y el resto de dispositivos
electrónicos) son dispositivos no
lineales. Cuidado, no se puede aplicar el
principio de superposición!
44
RECTA DE CARGA Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
I
Característica del diodo
ID
Característica del circuito lineal (RECTA DE
CARGA)
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO
V
VD
45

• El germanio, por que es mejor conductor

46
(No Transcript)
47
(No Transcript)
48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
(No Transcript)
55
(No Transcript)
56
(No Transcript)