in

Circuitos electrónicos: diodo como interruptor

diode as switch

El diodo es una unión PN de dos terminales que se puede utilizar en diversas aplicaciones. Una de esas aplicaciones es un interruptor eléctrico. La unión PN, cuando está polarizada hacia adelante actúa como circuito cerrado y cuando está polarizada hacia atrás actúa como circuito abierto. Por lo tanto, el cambio de estados polarizados hacia adelante y hacia atrás hace que el diodo funcione como un interruptor, el hacia adelante ser SOBRE y el marcha atrás ser APAGADO estado.

Diodo como interruptor

Interruptores eléctricos sobre interruptores mecánicos

Los interruptores eléctricos son una opción preferida sobre los interruptores mecánicos debido a las siguientes razones:

  • Los interruptores mecánicos son propensos a la oxidación de metales, mientras que los interruptores eléctricos no.
  • Los interruptores mecánicos tienen contactos móviles.
  • Son más propensos a sufrir tensiones y tensiones que los interruptores eléctricos.
  • El desgaste y el desgarro de los interruptores mecánicos a menudo afectan su funcionamiento.

Por lo tanto, un interruptor eléctrico es más útil que un interruptor mecánico.

Funcionamiento del diodo como interruptor

Siempre que se excede un voltaje especificado, la resistencia del diodo aumenta, haciendo que el diodo tenga polarización inversa y actúe como un interruptor abierto. Siempre que el voltaje aplicado está por debajo del voltaje de referencia, la resistencia del diodo disminuye, haciendo que el diodo esté polarizado hacia adelante y actúa como un interruptor cerrado.

El siguiente circuito explica el diodo que actúa como interruptor.

Circuito de conmutación con diodo

Un diodo de conmutación tiene una unión PN en la que la región P está ligeramente dopada y la región N está muy dopada. El circuito anterior simboliza que el diodo se enciende cuando la tensión positiva directa polariza el diodo y se apaga cuando la tensión negativa inversa polariza el diodo.

El sonar

A medida que la corriente directa fluye hasta entonces, con un voltaje inverso repentino, la corriente inversa fluye por un momento en lugar de apagarse inmediatamente. Cuanto mayor sea la corriente de fuga, mayor será la pérdida. El flujo de corriente inversa cuando el diodo tiene polarización inversa repentinamente, a veces puede crear pocas oscilaciones, llamadas como EL SONAR.

Esta condición de timbre es una pérdida y, por lo tanto, debe minimizarse. Para hacer esto, deben entenderse los tiempos de conmutación del diodo.

Tiempos de cambio de diodo

Al cambiar las condiciones de polarización, el diodo sufre una respuesta transitoria. La respuesta de un sistema a cualquier cambio repentino desde una posición de equilibrio se denomina respuesta transitoria.

El cambio repentino de polarización de avance a retroceso y de retroceso a avance afecta al circuito. El tiempo necesario para responder a cambios tan repentinos es el criterio importante para definir la eficacia de un interruptor eléctrico.

  • El tiempo que tarda el diodo en recuperar su estado estable se denomina Tiempo de recuperación.

  • El intervalo de tiempo que toma el diodo para cambiar del estado de polarización inversa al estado de polarización directa se denomina Tiempo de recuperación hacia adelante. ($ T_ {fr} $)

  • El intervalo de tiempo que toma el diodo para cambiar del estado de polarización directa a un estado de polarización inversa se denomina Tiempo de recuperación inverso. ($ t_ {fr} $)

Para entender esto más claramente, intentemos analizar qué sucede una vez que se aplica el voltaje a un diodo PN de conmutación.

Concentración de portadores

La concentración de portadores de carga minoritarios se reduce exponencialmente cuando se ve lejos de la unión. Cuando se aplica el voltaje, debido a la condición de polarización directa, la mayoría de los portadores de un lado se mueven hacia el otro. Se convierten en portadores minoritarios del otro lado. Esta concentración será más en el cruce.

Por ejemplo, si se considera el tipo N, el exceso de agujeros que entran en el tipo N después de aplicar polarización directa se suma a los portadores minoritarios ya presentes de material de tipo N.

Consideremos algunas notaciones.

  • La mayoría de los portadores en tipo P (agujeros) = $ P_ {po} $
  • La mayoría de los portadores de tipo N (electrones) = $ N_ {no} $
  • Los portadores minoritarios en tipo P (electrones) = $ N_ {po} $
  • La mayoría de los portadores en tipo N (agujeros) = $ P_ {no} $

Durante la condición de polarización directa – Los transportistas minoritarios están más cerca del cruce y menos lejos del cruce. El siguiente gráfico explica esto.

Condición sesgada hacia adelante

Exceso de cargo de transportista minoritario en tipo P = $ P_n-P_ {no} $ con $ p_ {no} $ (valor de estado estable)

Exceso de cargo de transportista minoritario en tipo N = $ N_p-N_ {po} $ con $ N_ {po} $ (valor de estado estable)

Durante la condición de polarización inversa – La mayoría de los transportistas no conducen la corriente a través del cruce y, por lo tanto, no participan en la condición actual. El diodo de conmutación se comporta como un cortocircuito, por ejemplo, en dirección inversa.

Los transportistas minoritarios cruzarán el cruce y conducirán la corriente, que se llama como Corriente de saturación inversa. El siguiente gráfico representa la condición durante el sesgo inverso.

Corriente de saturación inversa

En la figura anterior, la línea de puntos representa los valores de equilibrio y las líneas continuas representan los valores reales. Como la corriente debida a los portadores de carga minoritarios es lo suficientemente grande para conducir, el circuito estará ENCENDIDO hasta que se elimine este exceso de carga.

El tiempo necesario para que el diodo cambie de polarización directa a polarización inversa se denomina Tiempo de recuperación inverso ($ t_ {rr} $). Los siguientes gráficos explican en detalle los tiempos de conmutación de diodos.

Tiempo de recuperación inverso

De la figura anterior, consideremos el gráfico de corriente del diodo.

En $ t_ {1} $, el diodo se lleva repentinamente al estado APAGADO desde el estado ENCENDIDO; se conoce como tiempo de almacenamiento. Tiempo de almacenamiento es el tiempo necesario para eliminar el cargo excedente del operador minoritario. La corriente negativa que fluye del material de tipo N a P es considerable durante el tiempo de almacenamiento. Esta corriente negativa es,

$$ – I_R = frac {-V_ {R}} {R} $$

El próximo período de tiempo es el tiempo de transición”(De $ t_2 $ a $ t_3 $)

El tiempo de transición es el tiempo que tarda el diodo en llegar completamente a la condición de circuito abierto. Después de $ t_3 $, el diodo estará en condición de polarización inversa de estado estable. Antes de que el diodo $ t_1 $ esté en condición de polarización directa de estado estable.

Entonces, el tiempo necesario para llegar completamente a la condición de circuito abierto es

$$ Reverse : : recovery : : time left (t_ {rr} right) = Almacenamiento : : time left (T_ {s} right) + Transición : : time left ( T_ {t} right) $$

Mientras que para llegar a la condición de ENCENDIDO desde APAGADO, lleva menos tiempo llamado como Adelantar el tiempo de recuperación. El tiempo de recuperación hacia atrás es mayor que el tiempo de recuperación hacia adelante. Un diodo funciona como un mejor interruptor si este tiempo de recuperación inversa se reduce.

Definiciones

Repasemos las definiciones de los períodos de tiempo discutidos.

  • Tiempo de almacenamiento – El período de tiempo durante el cual el diodo permanece en el estado de conducción incluso en el estado de polarización inversa se denomina Tiempo de almacenamiento.

  • Tiempo de transición – El tiempo transcurrido para volver al estado de no conducción, es decir, polarización inversa en estado estable, se denomina Tiempo de transición.

  • Tiempo de recuperación inverso – El tiempo necesario para que el diodo cambie de polarización directa a polarización inversa se denomina Tiempo de recuperación inverso.

  • Adelantar el tiempo de recuperación – El tiempo necesario para que el diodo cambie de polarización inversa a polarización directa se denomina como Adelantar el tiempo de recuperación.

Factores que afectan los tiempos de conmutación de diodos

Hay pocos factores que afectan los tiempos de conmutación de diodos, como

  • Capacitancia de diodo – La capacitancia de la unión PN cambia dependiendo de las condiciones de polarización.

  • Resistencia de diodos – La resistencia que ofrece el diodo para cambiar de estado.

  • Concentración de dopaje – El nivel de dopaje del diodo afecta a los tiempos de conmutación del diodo.

  • Ancho de agotamiento – Cuanto más estrecha sea la anchura de la capa de agotamiento, más rápido será el cambio. Un diodo Zener tiene una región de agotamiento más estrecha que un diodo de avalancha, lo que hace que el primero sea un mejor interruptor.

Aplicaciones

Hay muchas aplicaciones en las que se utilizan circuitos de conmutación de diodos, como:

  • Circuitos rectificadores de alta velocidad
  • Circuitos de conmutación de alta velocidad
  • Receptores de RF
  • Aplicaciones de propósito general
  • Aplicaciones de consumo
  • Aplicaciones automotrices
  • Aplicaciones de telecomunicaciones, etc.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Tamano The Witcher 3 Steam

Descubra qué juegos de Steam ocupan más espacio en su disco duro

apple touch icon@2

xml – ¿Cómo usar XPath contains () aquí?