Niveles y bandas de energia

Índice
TEMA 7: Desviaciones respecto a la ecuación de Shockley: el diodo real
7.1. INTRODUCCIÓN 7.2. DESVIACIONES BAJO POLARIZACIÓN DIRECTA 7.3. DESVIACIONES BAJO POLARIZACIÓN INVERSA 7.3.1. Tensión de ruptura y diodos Zener 7.3.2. Circuitos con diodos Zener

7.1
7.1 7.3 7.6 7.6 7.7

7.i

Tema 7
Desviaciones respecto a la ec. de Shockley: El diodo real

7.1.- INTRODUCCIÓN
En losdos primeros capítulos dedicados al estudio del diodo se han desarrollado descripciones cualitativas y cuantitativas del diodo de unión pn ideal. La ecuación del diodo ideal describe de manera precisa al diodo real trabajando en un amplio rango de corrientes y tensiones. Sin embargo, hay diversas condiciones de temperatura y voltaje aplicados en los cuales el diodo ideal no logra representaradecuadamente al dispositivo físico. En este capítulo estudiaremos las desviaciones existentes entre el diodo ideal y el real para los dos tipos de polarización:

7.1

Tema 7: Desviaciones respecto a la ec. de Shockley: el diodo real.

1. En polarización directa, tanto en el rango de bajas y corriente como en el de altas intensidades. En el caso de bajas corrientes se verán los efectos debidos ala recombinación en la Región de Carga de Espacio. En el de altas, los efectos de resistencia serie y de alta inyección. 2. En polarización inversa, debido a la aplicación de voltajes inversos elevados que causan la ruptura de la unión.

7.2

Desviaciones bajo Polarización Directa.

7.2.- DESVIACIONES BAJO POLARIZACIÓN DIRECTA
La ecuación de Shockley, deducida en el capítulo anterior,corresponde a la ecuación del diodo de unión pn que cumple una serie de hipótesis (en algunos casos diremos que es ideal desde el punto de vista de los contactos, la recombinación, etc; no debe confundirse con el diodo ideal desde el punto de vista circuital ON/OFF, con tensión de codo nula).
V ⎛ V ⎞ I = I sat ⎜ e T − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠

( 7.1)

En la Figura 7.1 se ha representado dicha ecuación junto conlos valores correspondientes a un diodo real, en escala semilogarítmica. En dicha gráfica, pueden observarse tres rangos de corriente perfectamente definidos: 1. Región de bajas corrientes 2. Región intermedia, en la que durante varias décadas de corriente el dispositivo ideal y el real están bastante próximos 3. Región de altas corrientes y alta inyección El parámetro “n” se denomina Factor deIdealidad, y es una medida de la aproximación respecto al diodo ideal, según la cual fue fabricado el dispositivo real. El factor de idealidad se introduce en la ecuación 7.1 sin más que sustituir VT = kT/q por VT = nkT/q

⎛ qV ⎞ I = I sat ⎜ e nkT − 1⎟ ⎝ ⎠
Como V > 0 y V > VT = kT/q, resulta que:

( 7.2)

I = I sat e

V nVT

Tomando logaritmos:
Ln ( I ) = Ln ( I sat ) + V nVT

( 7.3)7.3

Tema 7: Desviaciones respecto a la ec. de Shockley: el diodo real.

de manera que, Ln(Isat) es la ordenada en el origen y 1/nVT es la pendiente de la recta. Cuando n = 1, los datos físicos coinciden con el diodo ideal. Esto es precisamente lo que ocurre en la región intermedia (rango de medias corrientes). Para la mayor parte de los dispositivos de silicio, en esta región 1,0 ≤ n ≤1,06. En este apartado vamos a explicar el porqué de la desviación en el rango de bajas corrientes. La tercera región, debido a efectos de Alta Corriente y Alta Inyección, se escapa del alcance de este curso.

Ln(I) Ideal 3

I·RS

Alta Inyección Pendiente ≈ q/2kT

2

Pendiente = q/n1kT Ideal cuando n1 = 1

1 Ln(ISAT)

Pendiente = q/n2kT n2 → 2

V Figura 7.1.- Desviaciones respecto alideal, en polarización directa.

Recombinación en la región de vaciamiento A la hora de deducir la ecuación del diodo ideal de unión pn, se han despreciado los efectos de recombinación en la z.c.e. Sin embargo, hay que tener en cuenta que una polarización directa provoca un flujo de huecos desde la región p hacia la región n y un flujo de electrones desde la región n hasta la región p. Cuando...