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Capýtulo 19:

 La zona directa

En la zona directa tenemos dos características importantes:

Hay que vencer la barrera de potencial (superar la tensión umbral Vd) para que conduzca bien en polarización directa (zona directa).

Aparece una resistencia interna (el diodo se comporta aproximadamente como una resistencia.

a)    Tensión Umbral

Como ya se ha dicho antes es el valor de la tensión a partir del cual el diodo conduce mucho. A partir de la Tensión Umbral ó Barrera de Potencial la intensidad aumenta mucho variando muy poco el valor de la tensión.

La zona directa

Resistencia Interna

A partir de la tensión umbral se puede aproximar, esto es, se puede decir que se comporta como una resistencia.

La zona directa

La zona n tiene una resistencia y la zona p otra resistencia diferente:

La zona directa

Ejemplo:  1N4001    rp= 0.13 W      rn = 0.1 W

La resistencia interna es la suma de la resistencia en la zona n y la resistencia en la zona p.

La zona directa

Y la pendiente de esa recta será el inverso de esta resistencia interna.

La zona directa

Como la resistencia interna es pequeña, la pendiente es muy grande, con lo que es casi una vertical, esto es, conduce mucho.

Resumiendo hemos visto que tenemos:

La zona directa

Máxima corriente continua en polarización directa

Es el mayor valor de corriente permitido en la característica del diodo:

La zona directa

Ejemplo:  1N4001    IFmáx = 1 A (F = forward (directa))

Resistencia para limitación de corriente

En circuitos como el de la figura, hay que poner una resistencia porque sino el diodo se estropearía fácilmente.

La zona directa

Esto se ve dándole valores a la pila, y viendo las intensidades que salen, que a partir de 0.7 V (suponiendo que el diodo es de silicio) aumentan mucho como se ve claramente en la gráfica de la característica del diodo.

La zona directa

Entonces se pone una resistencia para limitar esa corriente que pasa por el diodo, como se ve en la figura:

La zona directa

Se calcula la resistencia para limitar la corriente, para que no aumente a partir de 1 A por ejemplo.

La zona directa

b)    Disipación máxima de potencia

La máxima corriente y la máxima potencia están relacionados. Como ocurre con una resistencia, un diodo tiene una limitación de potencia que indica cuanta potencia puede disipar el diodo sin peligro de acortar su vida ni degradar sus propiedades. Con corriente continua, el producto de la tensión en el diodo y la corriente en el diodo es igual a la potencia disipada por éste.

Normalmente en diodos rectificadores no se suele emplear la limitación máxima de potencia, ya que toda la información acerca de la destrucción del diodo (por calor) ya esta contenida en el límite máximo de corriente.

Ejemplo: 1N4001 

En la hoja de características indica una corriente máxima con polarización directa Io de 1 A. Siempre que la corriente máxima con polarización directa sea menor que 1 A, el diodo no se quemará.

La zona directa

La potencia que se disipa en el diodo en forma de calor.

La zona directa

Como ya se ha dicho no se debe pasar de ese valor de potencia.

La zona inversa

En polarización inversa teníamos un  corriente que estaba formada por la suma de los valores de la corriente Is y la corriente de fugas If:

La zona directa

Hay que tener cuidado, no hay que llegar a VR porque el diodo se rompe por avalancha (excepto si es un Zener).

c)    Modos de resolución de circuitos con diodos

Modelo Exacto

Los modelos de resolución de circuitos con diodos más usados son 4:

Modelo exacto

1ª Aproximación

2ª Aproximación

3ª Aproximación

Primeramente analizaremos la resolución de forma exacta y en el siguiente apartado se verán los tres tipos de aproximaciones.

Modelo Exacto

El circuito que queremos resolver es el siguiente.

La zona directa

Primeramente y mirando la temperatura en la que estamos trabajando tomamos del catálogo los siguientes valores para Tª = 27 ºC (temperatura ambiente):

La zona directa

Con esto podremos continuar calculando: 

La zona directa

De la ecuación exacta del diodo:

La zona directa

Tenemos 2 incógnitas y una ecuación, necesitamos otra ecuación que será la ecuación de la malla:

La zona directa

Y ahora tenemos 2 incógnitas y 2 ecuaciones, resolvemos:

La zona directa

Nos queda que es imposible despejar la V, es una "ecuación trascendente". Para resolver este tipo de ecuaciones hay que usar otro tipo de métodos, aquí lo resolveremos por "tanteo", que consiste en ir dándole valores a una de las incógnitas hasta que los valores se igualen.

La zona directa

En este ejemplo hemos usado una malla, pero si tuviéramos más diodos, tendríamos más exponenciales, más mallas, etc... Esto es muy largo, por eso no se usa (a no ser que dispongamos de un ordenador y un programa matemático para resolver este tipo de ecuaciones).

Para poder hacerlo a mano, vamos a basarnos en unos modelos aproximados más o menos equivalentes del diodo. Estos modelos equivalentes aproximados son lineales, al ser aproximados cometeremos errores.


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