Diodos de capacidad variable (varicaps) Varactores

- CT=εAw

. A: Área de la placa, metro al cuadrado. W: separación entre las placas, en

metros. ε : permitividad.- La capacidad de transición no es constante sino que depende de la tensión exterior

aplicada.- Cuando mayor sea la tensión inversa, mayor será la anchura w de la zona de cargas

espaciales.- Si se aumenta la tensión directa (volt positivo) w decrece y CT aumenta.- Esta propiedad de la unión p-n polarizada en sentido inverso, cuya capacidad es variable

con la tensión, se emplea en numerosos circuitos.- Una de estas aplicaciones es la sintonización por tensión de un circuito resonante LC.- Otra aplicación es en circuitos puentes auto equilibrados y en tipos especiales de

amplificadores, denominados amplificadores paramétricos.- Los diodos, VARICAPS, se basan en el principio de la variación de la capacidad con la

tensión.

- La resistencia Rs representa la resistencia serie del cuerpo (óhmica) del diodo.- Los valores típicos de CT es 20pf y de Rs es de 8,5Ω, a la polarización inversa de 4V.- La resistencia inversa de diodo Rr en paralelo con CT es elevada ( 1MΩ) y por lo tanto

suele ser despreciada.

Diodo de Avalancha

- Los diodos diseñados con capacidad adecuada de disipación de potencia para trabajar en la zona de ruptura, pueden ser empleados como dispositivos de tensión de referencia o de tensión constante.

- Diodos zener, de avalancha o de ruptura.- La fuente V y la resistencia R se selecciona de tal manera que, inicialmente, el diodo pueda

funcionar en la región de avalancha.- La tensión del diodo es Vz, que también es la diferencia del diodo es Iz.- El diodo regulara la tensión de la carga oponiéndose a las variaciones de la corriente y de

la tensión de alimentación V.- En la región de la avalancha, grande cambios de la corriente del diodo solo producen

pequeños cambios en su tensión.- La corriente de la carga o la tensión de la alimentación varian, la corriente del diodo se

ajusta por si misma o estos cambios manteniendo prácticamente constante la tensión de la carga.

- El diodo seguirá regulando hasta que el circuito funciones con una corriente que haga que la intensidad por el diodo este por debajo de Iz en las inmediaciones del codo. De la curva tensión-corriente.

- El límite superior de la corriente lo determina la potencia de disipación máxima del diodo.

Diodo Túnel- Un diodo de unión p-n del tipo, tiene una concentración de impurezas de

aproximadamente 1 parte por 108.- L anchura de la capa de desviación, que constituye una barrera de potencial de la unión,

es del orden de una micra.- Esta barrera de potencial restringe la influencia de portadores desde el lado de la unión en

el que constituyen portadores mayoritarios al lado en que constituyen portadores minoritarios.

Efecto Túnel- La anchura de la barrera de la unión varía inversamente con la raíz cuadrada de la

concentración de impureza. - Esta anchura es de solo un cincuentavo de la longitud de onda de la luz visible.- Una partícula debe tener una energía por lo menos igual a la altura de la barrera de la

energía potencial, si es que se quiere mover de un lado de la barrera al otro.- Para barreras cuya anchura es la que se estima en el diodo de ESAKI.- La ecuación de Schrödinger indica que hay una gran probabilidad de que un electrón

penetre a través de la barrera de potencial.- Este comportamiento de mecánica cuántica se conoce con el nombre de efecto túnel, y los

sistemas cuya unión p-n tenga más alta densidad de impureza se denomina diodo túnel.

Característica del Diodo Túnel

Característica Tensión-Corriente de un diodo Túnel

- El diodo túnel es un excelente conductor en sentido inverso (el lado o de la unión es negativo con respecto al lado n).

- Para tensiones pequeñas directas (hasta unos 50 mV en el Ge) la resistencia permanece pequeña (el orden de 5Ω).

- A la corriente de pico Ip correspondiente a la tensión Vp.- La pendiente dI/dV de la característica es cero en (VP, IP).- Si la tensión V aumenta por encima de Vp, la corriente disminuye y, como consecuencia de

ello, la conductancia dinámica g=dIdV

es negativa.

- Los diodos túnel tienen una característica de corriente negativa entre el pico de corriente IP y el mínimo valor IV.

- IV se denomina corriente de valle.- A la tensión de valle para que la I=Io, la conductancia es de nuevo cero, y por encima de

este punto la resistencia permanece positiva.- En el llamado pico de tensión positivo, VF, la corriente alcanza nuevamente el valor IP. - Para valores mayores de la tensión, la corriente aumenta.

Modelo de pequeña señal en la región de resistencia negativa

- (-Rn), resistencia negativa, es una resistencia óhmica.- Rn tiene un valor mínimo en el punto de inflexión situado entre IP e IV.

- La resistencia serie Rs es una resistencia óhmica.- La inductancia en serie Ls depende de la longitud de los conductores y de la geometría del

encapsulado.- La capacitancia de la unión C depende del punto de trabajo y se nula normalmente en el

valle.- Los valores típicos de estos parámetros, para un diodo túnel con una corriente de pico

Ip=10 mA, son –Rn=-30Ω, Rs=1Ω, Is=5nA y C=20pf.- Una de las aplicaciones interesantes de los diodos túnel consiste en aprovecharlo como

conmutador de alta velocidad.- Puesto que el efecto túnel tiene lugar a la velocidad de la luz, la respuesta transitoria está

limitada solamente por la capacidad total en paralelo y por la corriente de pico de conducción.

- Los diodos túnel más asequibles, comercialmente son de germanio de Arseniuro de Galio.- Los diodos túnel de silicio con elevada relación entre corriente de pico y corriente de valle

IP/IV, son verdaderamente difíciles.

Fotodiodo Semiconductor- Si se ilumina una unión p-n polarizada en sentido inverso, la corriente varia casi

linealmente con el flujo luminoso.- Este efecto se emplea en los fotodiodos semiconductores.- Estos elementos consisten en uniones p-n encapsuladas en un plástico transparente.- La radiación se proyecta sobre la unión a través de la superficie.- Los lados restantes del plástico se pintan de negro o quedan encerradas en una caja

metálica.

Características de tensión corriente- Si se aplica una tensión inversa de unas pocas decimas de voltios en exceso, se obtiene

una corriente constante (independiente de la magnitud de la polarización inversa).- Esta corriente en la oscuridad corresponde a la corriente de saturación inversa debida a

los portadores minoritarios generados térmicamente.- Los portadores minoritarios “caen desde lo alto” del potencial de la unión, mientras esta

barrera no permita a los portadores mayoritarios atraviesan la unión.- Si la luz actúa sobre la superficie se forman pares de electrones-huecos adicionales.- La corriente de saturación inversa Io en un diodo p-n es proporcional a la concentración de

portadores minoritarios Pno y npo en la regiones n y p respectivamente.- Si iluminamos la unión, polarizada inversamente, el número de nuevos pares electrones-

huecos es proporcional al número de fotones incidentes.- La corriente para una elevada polarización inversa sea I=I o+ I s, donde Is es la corriente

en corto circuito, y es proporcional a la intensidad de luz.

- La característica de tensión corriente viene dada por I=I s+ I o(1−eVηV T ) .

- Donde I, Is e Io representan el valor de la corriente inversa y V es positiva para tensiones directas y negativas para las inversas.

- Η es uno para germanio y 2 para el silicio.- VT es la tensión equivalente a la temperatura.

Diodos Emisores de Luz (LED)- Se absorbe energía para generar pares de electrones-huecos, esta vuelve a ser emitida

cuando los electrones se recombinan con los huecos.- En el silicio y en el germanio, esta recombinación tiene lugar mediante centros de

recombinación y la liberación de energía tiene lugar en forma de calentamiento del cristal.- La energía desprendida cuando el electrón pasa de la banda de conducción a la de

valencia, aparece en forma de radiación.- Estos diodos p-n se denominan diodos emisores de luz (LED) (Light Emitting Diode), su

radiación se localiza principalmente en el infrarrojo.- La luz se concentra cerca de la unión debido a que la mayor parte de los portadores se

encuentran dentro de la capa de difusión de la unión.

Circuitos de diodos- Circuitos recortadores

Un nivel Dos niveles Comparadores Puerta de discrimicacion Rectificadores: ½ onda, onda completa Filtros de condensador Duplicadores de voltaje