Qué es la aproximación de diodos : Tipos y modelos de diodos

Los diodos son dispositivos principalmente unidireccionales. Ofrecen una baja resistencia cuando se aplica una tensión directa o positiva y tienen una alta resistencia cuando el diodo está polarizado en sentido inverso. Un diodo ideal tiene una resistencia hacia delante nula y una caída de tensión nula. El diodo ofrece una resistencia inversa alta, lo que da lugar a corrientes inversas nulas. Aunque los diodos ideales no existen, en algunas aplicaciones se utilizan diodos casi ideales. Las tensiones de alimentación suelen ser mucho mayores que la tensión directa de un diodo y, por tanto, VF se supone que es constante. Los modelos matemáticos se utilizan para aproximar las características del diodo de silicio y germanio cuando la resistencia de carga es típicamente alta o muy baja. Estos métodos ayudan a resolver problemas del mundo real. Este artículo trata sobre qué es la aproximación de diodos, los tipos de aproximaciones, los problemas y los modelos de diodos aproximados.


¿Qué es un diodo?

Un diodo es un semiconductor simple con dos terminales denominados ánodo y cátodo. Permite el flujo de corriente en una dirección (dirección de avance) y restringe el flujo de corriente en la dirección opuesta (dirección inversa). Tiene una resistencia baja o nula cuando está polarizado hacia delante y una resistencia alta o infinita cuando está polarizado hacia atrás. Los terminales del ánodo se refieren al cable positivo y los del cátodo al cable negativo. La mayoría de los diodos conducen o permiten que fluya la corriente cuando el ánodo está conectado con una tensión positiva. Los diodos se utilizan como rectificadores en las fuentes de alimentación.

semiconductor-diódo

¿Qué es la aproximación al diodo?

La aproximación de diodos es un método matemático que se utiliza para aproximar el comportamiento no lineal de los diodos reales, con el fin de poder realizar cálculos y análisis de circuitos. Hay tres aproximaciones diferentes que se utilizan para analizar los circuitos de diodos.

Primera aproximación de diodos

En el método de la primera aproximación, el diodo se considera como un diodo polarizado hacia delante y como un interruptor cerrado con caída de tensión nula. No es apto para su uso en circunstancias reales, sino que se utiliza sólo para aproximaciones generales en las que no se requiere precisión.

Primera aproximación
primera aproximación

Segunda aproximación al diodo

En la segunda aproximación, el diodo se considera como un diodo polarizado hacia delante en serie con una batería para encender el dispositivo. Para que un diodo de silicio se encienda, necesita 0,7V. Para encender el diodo polarizado hacia delante se alimenta una tensión de 0,7 V o superior. El diodo se apaga si la tensión es inferior a 0,7 V.

Lee:  Uso de LTspice para analizar datos de vibración en sistemas de monitoreo de condiciones
Segunda aproximación
segunda aproximación

Tercera aproximación del diodo

La tercera aproximación de un diodo incluye el voltaje a través del diodo y el voltaje a través de la resistencia de masa, RB. La resistencia aparente es baja, por ejemplo inferior a 1 ohmio y siempre inferior a 10 ohmios. La resistencia aparente, RB corresponde a la resistencia de los materiales p y n. Esta resistencia cambia en función de la cantidad de tensión de reenvío y de la corriente que circula por el diodo en un momento dado.

La caída de tensión a través del diodo se calcula mediante la fórmula

Vd = 0,7V + Id *RB

Y si RB < 1/100 RTh o RB < 0.001 RTh, descuidamos que

Tercera aproximación
tercera aproximación

Problemas de aproximación de diodos con soluciones

Veamos ahora dos 2 ejemplos de problemas de aproximación de diodos con soluciones

1). Observa el siguiente circuito y utiliza la segunda aproximación del diodo y encuentra la corriente que circula por el diodo.

Circuito para la aproximación del diodo
circuito para aproximación de diodos

ID =(Vs – VD)/R = (4-0,7)/8 = 0,41A

2). Observa los dos circuitos y calcula mediante el método de tercera aproximación del diodo

Circuitos con el método de la tercera aproximación
circuitos-que-utilizan-el-tercer-método

Para la figura (a)

Añadir una resistencia de 1kΩ con una resistencia mayor de 0,2Ω no supone ninguna diferencia en la corriente que fluye

ID = 9.3/1000.2= 0.0093 A

Si no contamos 0,2Ω, entonces

ID = 9.3/1000=0.0093 A

Para la figura (b)

Para una resistencia de carga de 5Ω, si se ignora la resistencia de masa de 0,2Ω se produce una diferencia en el flujo de corriente.

Por tanto, hay que tener en cuenta la resistencia aparente y el valor correcto de la corriente es 1,7885 A.

ID=9.3/5.2=1.75885 A

Si no contamos 0,2Ω, entonces

ID=9.3/5=1.86 A

Resumiendo, si la resistencia de la carga es pequeña, la resistencia aparente tiene efecto. Sin embargo, si la resistencia de la carga es muy alta (hasta varios kilo-ohmios), la resistencia aparente no tiene efecto sobre la corriente.

Modelos aproximados de diodos

Los modelos de diodos son modelos matemáticos utilizados para la aproximación del comportamiento real del diodo. Discutiremos el modelado de la unión p-n conectada en dirección de polarización hacia delante utilizando varias técnicas.

Lee:  Lista de ideas de proyectos basados en RF para estudiantes de ingeniería

Modelo de diodo Shockley

En la ecuación del modelo de diodo de Shockley, la corriente de diodo I de un diodo de unión p-n está relacionada con la tensión de diodo VD. Suponiendo que VS>0,5V y que ID es mucho mayor que IS, representamos la característica VI de un diodo mediante

iD = iS (e VD /ηVT – 1) — (i)

Con la ecuación de lazo de Kirchhoff, obtenemos la siguiente ecuación

iD = (VS – VD/R) —- (ii)

Suponiendo que los parámetros del diodo son y η son conocidos, mientras que ID e IS son cantidades desconocidas. Éstas pueden hallarse mediante dos técnicas: el análisis gráfico y el análisis iterativo

Análisis iterativo

Se utiliza un método de análisis iterativo para encontrar la tensión del diodo VD con respecto a VS para cualquier serie de valores dada, utilizando un ordenador o una calculadora. La ecuación (i) se puede reorganizar dividiéndola por IS y añadiendo 1.

eVD/ηVT = I/IS +1

Aplicando el logaritmo natural a ambos lados de una ecuación, se puede eliminar el exponencial. La ecuación se reduce a

VD/ηVT = ln(I/IS +1)

Sustituyendo (i) por (ii), ya que satisface la ley de Kirchhoff, la ecuación se reduce a

VD /ηVT = (ln(VS -VD)/RIS ) +1

O

VD = ηVT ln((VS – VD)/RIS +1)

Como se conoce el valor de Vs, se puede adivinar VD y se pone el valor en el lado derecho de la ecuación y realizando operaciones continuas, se puede encontrar un nuevo valor para VD. Una vez hallado VD, se utiliza la ley de Kirchhoff para hallar I.

Solución gráfica

Trazando las ecuaciones (i) y (ii) en la curva I-V, se obtiene una solución gráfica aproximada en la intersección de dos gráficas. Este punto de intersección en la gráfica satisface las ecuaciones (i) y (ii). La línea recta de la gráfica representa la línea de carga y la curva de la gráfica representa la ecuación característica del diodo.

Solución gráfica para determinar el punto de funcionamiento
solución gráfica para determinar el punto de operación

Modelo lineal a trozos

Como el método de solución gráfica es muy complicado para los circuitos compuestos, se utiliza un enfoque alternativo de modelización de diodos, conocido como modelización lineal a trozos. En este método, una función se descompone en múltiples segmentos lineales y se utiliza como curva característica de aproximación del diodo.

El gráfico muestra la curva VI de un diodo real que se aproxima utilizando un modelo lineal a trozos de dos segmentos. Un diodo real se clasifica en tres elementos en serie: un diodo ideal, la fuente de tensión y una resistencia. La tangente trazada en el punto Q a la curva del diodo y la pendiente de esta línea es igual al recíproco de la resistencia del diodo en el punto Q.

Lee:  Qué es el generador de funciones: diagrama del circuito y especificaciones
Aproximación lineal a trozos
aproximación lineal a trozos

Diodo idealizado matemáticamente

Un diodo idealizado matemáticamente es un diodo ideal. En este tipo de diodo ideal, la corriente que fluye es igual a cero cuando el diodo está en polarización inversa. La característica de un diodo ideal es conducir a 0 V cuando se aplica una tensión positiva y el flujo de corriente sería infinito y el diodo se comporta como un cortocircuito. Se muestra la curva característica de un diodo ideal.

Curva característica I-V
Curva característica I-V

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué modelo de diodo representa la aproximación más exacta?

La tercera aproximación es la más exacta, ya que incluye una tensión de diodo de 0,7 V, la tensión a través de la resistencia interna de un diodo y la resistencia inversa que ofrece un diodo.

2). ¿Cuál es la tensión de ruptura del diodo?

La tensión de ruptura de un diodo es la tensión inversa mínima aplicada para que el diodo se rompa y conduzca en sentido inverso.

3). ¿Cómo se comprueba un diodo?

Para probar un diodo, utiliza un multímetro digital

  • Cambia el selector del multímetro al modo de comprobación de diodos
  • Conecta el ánodo al cable positivo del multímetro y el cátodo al cable negativo
  • El multímetro muestra una lectura de tensión entre 0,6V y 0,7V y sabe que el diodo está funcionando
  • Ahora invierte las conexiones del multímetro
  • Si el multímetro muestra una resistencia infinita (por encima del rango) y sabe que el diodo está funcionando

4). ¿Es el diodo una corriente?

Un diodo no es un dispositivo controlado por corriente ni por tensión. Conduce si se dan tensiones positivas y negativas correctamente.

Este artículo trata de los tres tipos de diodo método de aproximación. Discutimos cómo se puede aproximar un diodo cuando éste actúa como un interruptor con pocos números. Por último, discutimos varios tipos de modelos de diodos aproximados. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función de un diodo?

Javired
Javired

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.