DIODO: MODELOS MATEMÁTICOS

Cordial saludo lectores.

Hoy hablaremos de un tema muy importante en el mundo de los diodos el cual consideramos “NO DEBE SER SALTADO” bajo ningún concepto, en un curso de electrónica y son los “MODELOS MATEMÁTICOS DEL DIODO”.

Uno de los modelos más empleados en electrónica para analizar dispositivos semiconductores, es el de Shockley ( William Bradford Shockley ) con el cual se puede aproximar el comportamiento del diodo en diversas aplicaciones. La ecuación que relaciona la intensidad de corriente y el voltaje es la siguiente:

Donde:

I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo.
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 – 12A).
N es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).

El voltaje térmico presente en el diodo, es de aproximadamente 25.8mV en 300ºK. Este parámetro es muy cercano a la temperatura ambiente, esta aproximación se emplea mucho en los programas de simulación de circuitos electrónicos como es el caso del Proteus y Multisim. Para cada temperatura existe una constante conocida definida por la siguiente ecuación:

Donde:

K es la constante de Boltzmann,

T es la temperatura absoluta de la unión PN, y es la magnitud de la carga de un electrón (la carga elemental).

La ecuación de diodo ideal de Shockley o la ley de diodo se deriva de asumir que solo los procesos que le dan corriente al diodo son por el flujo (debido al campo eléctrico), difusión, y la recombinación térmica.

También se asume que la corriente de recombinación en la región de agotamiento es pequeña al llegar al punto de considerarla insignificante.

Esto significa que la ecuación de Shockley no tiene en cuenta los procesos relacionados con la región de ruptura e inducción por fotones. Adicionalmente, no describe la estabilización de la curva en polarización activa debido a la resistencia interna.

cuando se tienen tensiones negativas, la exponencial en la ecuación del diodo es prácticamente nula, y la corriente es una constante negativa del valor de Is. La zona de ruptura no está modelada en la ecuación de diodo de Shockley. Para tensiones pequeñas en la zona de polarización directa, se puede eliminar el 1 de la ecuación, quedando como resultado:

Con el propósito de evitar el uso de exponenciales, en ocasiones se emplean modelos más simples que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; estos modelos son los llamados modelos de continua o de Ram-señal. El más simple de todos es el diodo ideal cuyas características voltiamperimétricas son nulas.