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1. ELECTRÓNICA
XABIER PÉREZ TEMA 03
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3 DIODOS.
3.1 INTRODUCCIÓN.
Un diodo es un elemento polarizado de dos terminales (ánodo y
cátodo) que deja pasar corriente en un sentido (comportamiento
como circuito cerrado) y la bloquea en el otro (comportamiento como
circuito abierto). Cuando hay paso de corriente, ésta va en sentido
ánodo cátodo
Al no ser lineal no permite aplicar métodos de análisis de
circuitos de superposición (ni Thevenin ni Norton). Para asimilar el
comportamiento del diodo se usan una serie de modelos que
representan los diferentes estados del diodo: cuado está ON
(polarización en directa, comportamiento como cortocircuito, da
paso) o bien cuando está OFF (polarización inversa, comportamiento
como circuito abierto, no da paso)
3.2 EL DIODO IDEAL.
Cuando la tensión que cae sobre el diodo es superior a cero, la
corriente puede dispararse hasta el infinito, mientras que en sentido
contrario se producirá un bloqueo total de corriente.
En la figura se observa el esquema del diodo y su comportamiento
como circuito cerrado o abierto según haya paso de corriente o no. La
gráfica muestra la relación Tensión-Corriente en el diodo. Se resume
en la siguiente tabla:
DIODO
+ -
Ánodo Cátodo
Id

2. ELECTRÓNICA
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Tensión Corriente Polarización Estado
Vd < 0 Id = 0 En inversa Circuito abierto
Vd ≥ 0 Id ≠ 0 En directa Cortocircuito
El concepto de polarización en directa e inversa se define así:
Polarización directa: Es cuando la corriente que circula por el
diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo
al cátodo. En este caso la corriente atraviesa el diodo con
mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto
circuito.
Diodo en polarización directa Diodo en polarización inversa
Polarización inversa: Es cuando la corriente en el diodo
desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del
diodo), o se del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no
atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un
circuito abierto.
Ejemplo 1. Dibuje la señal Vo, que se obtiene a la salida del
circuito.
Para el análisis de este circuito, es recomendable estudiar los dos
estados posibles del diodo (ON i OFF). Es decir, para qué valores de
la entrada Vi se consigue que el circuito esté ON y para qué valores
se consigue que esté OFF. Después se dibujará el modelo de circuito
para cada caso y se realizará su análisis.
Vi(t)
t0 T/2 T
Vi(t)
+
Vo(t)
-
R1

3. ELECTRÓNICA
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Diodo ON
Vi ≥ 0 Polarizado en directa pasa corriente cortocircuito
Vi ≥ 0 Vo = Vi
En este caso, la entrada es
igual a la salida.
Diodo OFF
Vi < 0 Polarizado en inversa no pasa corriente circuito abierto
Vi < 0 Vo = 0
En este caso, la entrada es
nula.
A partir del análisis, se obtiene a la salida del circuito:
Este ejemplo ha permitido comprobar la función como rectificador
del diodo, ya que permite el paso en los semiciclos positivos de la
entrada, mientras que anula los negativos.
Ejercicio 1. Analizar el circuito de la figura y verificar que se
obtiene la salida según la entrada dada.
Vi(t)
+
Vo(t)
-
R1
Vi(t)
+
Vo(t)
-
R1
Vo(t)
t0 T/2 T

4. ELECTRÓNICA
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Vr = A / 2
R1 = 10
3.3 EL DIODO IDEAL CON CAIDA DE TENSIÓN.
Este modelo es como el ideal, pero se le supone una caída de tensión
umbral entre los bornes del diodo. Para que se produzca el paso de
corriente, la tensión de entrada ha de ser superior a este valor
umbral (valor habitual de 0.7 V). El modo de análisis es totalmente
análogo al anterior, con la salvedad de que se han de superar 0.7 V
en vez de cero.
Ejercicio 2. Dibuje la señal Vo que se obtiene a la salida del
circuito del Ejemplo 1, suponiendo que caen 0.7 V en bornes
del diodo. Solución:
Vi(t)
+
Vo(t)
-
R1
Vr
Vi(t)
t0 T/2 T
A
Vr = A/2
-A
Vo(t)

5. ELECTRÓNICA
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Ejemplo 2. Dibuje la señal Vc(t), que se obtiene a la salida del
circuito rectificador siguiente. El interruptor se abre y se cierra
cada diez milisegundos, estando abierto inicialmente. Se supone
que el condensador inicialmente está totalmente descargado.
R1 = R2 = 1K C = 1µH
Vd = 0.7 V
ζ , tc
Se calcula la constante de tiempo y el tiempo de carga del
condensador:
ζ = RC = 1mseg tc = 4mseg
Diodo ON queda un circuito de carga. El condensador se
cargará en 4 mseg y alcanzará los 5.3V (6V de la fuente
menos los 0.7 que se queda el diodo). Desde los 4 hasta los
Vi(t)
0 T/2 T
5
0.7
-5
Vo(t)
4.3
Vi(t)
20100 30
6
-6
Vi(t)
+
Vc(t)
-
R1
C
R2
t = n * 10 mseg

6. ELECTRÓNICA
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10mseg, que se produce la nueva transición, se quedará
cargado.
Diodo OFF queda un circuito de descarga. El condensador
se descarga en 4mseg y se mantiene así hasta que se
produzca la nueva transición, iniciando el proceso de carga
otra vez.
Gráficamente, la evolución de la tensión en el condensador quedaría
de la siguiente forma:
6 V
+
Vo(t)
-
R1
C
R2
0.7 V
-6
+
Vc(t)
-
R1
C
R2
Vi(t)
t (mseg)20100 30
6 V
-6 V
Vc(t)
5.3V

7. ELECTRÓNICA
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Ejercicio 3. Dibuje la señal Vc(t) que se obtiene en el
circuito del Ejemplo 2, suponiendo que R2 = 20K .
3.4 MODELO POR TRAMOS LINEALES.
En el modelo por tramos lineales, el diodo se substituye por un diodo
ideal sobre el que cae cierta tensión y se le añade una resistencia en
serie.
El procedimiento a seguir para su análisis es el siguiente:
1. sustituir los diodos del circuito por sus modelos por tramos
lineales.
2. Desglosar el circuito anterior en un conjunto de circuitos
lineales, sustituyendo los diodos ideales por cortocircuitos o
circuitos abiertos, considerando todas las condiciones de
operación posibles.
3. Detallar los márgenes de tensiones para los cuáles es válido
cada uno de los circuitos lineales del punto anterior.
4. Analizar cada uno de los circuitos lineales del apartado 2.
5. Obtener la solución del circuito combinando las soluciones de
cada circuito lineal.
Ejemplo 4. Dibuje la señal Vo, que se obtiene a la salida del
circuito, suponiendo modelo por tramos lineales.
Rs = 1 R1 = 4 Vd = 0.7 V
Solución: Resuelto en clase.
0.7V
Rs
Vi(t)
t0 T/2 T
5
Vi(t)
+
Vo(t)
-
R1

8. ELECTRÓNICA
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3.5 DIODOS ZéNER
Algunos diodos se diseñan para aprovechar la tensión inversa de
ruptura, con una curva característica brusca o afilada. Esto se
consigue básicamente a través del control de los dopados. Con ello se
logran tensiones de ruptura de 2V a 200V.
La característica de un diodo Zéner se muestra en la figura.
Teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal, aunque la
filosofía de empleo es distinta: el diodo Zéner se utiliza para trabajar
en la zona de ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre
sus terminales (tensión zener, VZ). Una aplicación muy usual es la
estabilización de tensiones (regulador).
El Zéner es un dispositivo de tres estados operativos:
Conducción en polarización directa: Como en un diodo normal
Corte en polarización inversa: Como en un diodo normal
Conducción en polarización inversa: Mantiene constante la
V=VZ, con una corriente entre 0 y IZM.
El modelo lineal por tramos para el diodo Zéner es el siguiente:
Estado Modelo Condición
Conducción P.D. V=VON I>0
Corte I=0 VZ<V<VON
Conducción P.I. V=VZ I<0