La resistencia como dispositivo lineal
La resistencia de carbón típica está formada por polvo de carbón machacado. Son importantes las dimensiones del carbón.
Para analizar el comportamiento de esa resistencia la polarizaremos primero en directa y luego en inversa. Se toman los valores con un Amperímetro y un Voltímetro y se representa la I en función de V, con lo que tendremos el comportamiento de la resistencia.
Si polarizo al revés las ecuaciones son las mismas, pero las corrientes y las tensiones son negativas.
Entonces al final nos quedará de la siguiente forma:
A esta representación se le llama "Curva Característica" y es una recta, por ello se dice que la resistencia es un "Elemento Lineal". Es más fácil trabajar con los elementos lineales porque sus ecuaciones son muy simples.
La curva característica del diodo
Analizamos de la misma forma el diodo:
Se le van dando distintos valores a la pila y se miden las tensiones y corrientes por el diodo, tanto en directa como en inversa (variando la polarización de la pila). Y así obtenemos una tabla que al ponerla de forma gráfica sale algo así:
El diodo como dispositivo no lineal
Esta es la curva característica del diodo (un diodo se comporta de esa forma). Como no es una línea recta, al diodo se le llama "Elemento No Lineal" ó "Dispositivo No Lineal", y este es el gran problema de los diodos, que es muy difícil trabajar en las mallas con ellos debido a que sus ecuaciones son bastante complicadas.
La ecuación matemática de esta curva es:
'
En directa, a partir de 0.7 V la corriente aumenta mucho, conduce mucho el diodo y las corrientes son muy grandes. Debido a estas corrientes grandes el diodo podría romperse, por eso hay que tener cuidado con eso (como máximo se tomará 0.8 V ó 0.9 V).
En inversa tenemos corrientes negativas y pequeñas.
A partir de -1 V se puede despreciar la
y queda aproximadamente I = -IS, que es muy pequeña aunque no se ha tenido en cuenta la corriente de fugas, con ella sería:
Si sigo aumentando la tensión inversa puede ocurrir la ruptura a la tensión de ruptura, en este ejemplo a VR = -50 V aparece la avalancha y ya la ecuación no vale, es otra distinta:
Y aquí el diodo se destruye a no ser que sea uno preparado (un diodo zener).
Al punto en el que se vence la barrera de potencial se le llama codo. La "Barrera de Potencial" ó "Tensión Umbral" es el comienzo del codo, a partir de ahí conduce mucho el diodo en directa.
La ecuación matemática de esta curva es:
'En inversa tenemos corrientes negativas y pequeñas.
A partir de -1 V se puede despreciar la
y queda aproximadamente I = -IS, que es muy pequeña aunque no se ha tenido en cuenta la corriente de fugas, con ella sería:
I = -( IS + If )
A partir de -1 V si no hubiera If tendríamos una corriente pequeña y horizontal pero como hay fugas que son proporcionales a la tensión inversa, bajando poco a poco.Al punto en el que se vence la barrera de potencial se le llama codo. La "Barrera de Potencial" ó "Tensión Umbral" es el comienzo del codo, a partir de ahí conduce mucho el diodo en directa.
La zona directa
En la zona directa tenemos dos características importantes:
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.
Resistencia Interna
A partir de la tensión umbral se puede aproximar, esto es, se puede decir que se comporta como una resistencia.
La zona n tiene una resistencia y la zona p otra resistencia diferente:
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.
Y la pendiente de esa recta será el inverso de esta resistencia interna.
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:
Máxima corriente continua en polarización directa
Es el mayor valor de corriente permitido en la característica del diodo:
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.
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.
Entonces se pone una resistencia para limitar esa corriente que pasa por el diodo, como se ve en la figura:
Se calcula la resistencia para limitar la corriente, para que no aumente a partir de 1 A por ejemplo.
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 potencia que se disipa en el diodo en forma de calor.
Como ya se ha dicho no se debe pasar de ese valor de potencia.
- 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.
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.
A partir de la tensión umbral se puede aproximar, esto es, se puede decir que se comporta como una resistencia.
La resistencia interna es la suma de la resistencia en la zona n y la resistencia en la zona p.
Resumiendo hemos visto que tenemos:
Es el mayor valor de corriente permitido en la característica del diodo:
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 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.
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