El circuito de la figura 2.1 es la más sencilla de las configuraciones de diodo, y servirá para describir el análisis de un circuito con un diodo empleando sus características reales. En la siguiente sección reemplazaremos las características por un modelo aproximado del diodo y compararemos las soluciones; la del circuito de la figura 2.1 se reduce a determinar los niveles de corriente y voltaje que satisfagan, al mismo tiempo, tanto las características del diodo como los parámetros seleccionados de la red.
En la figura 2.2 las características del diodo se colocan en el mismo sistema de ejes como una línea recta definida por los parámetros de la red, la cual se llama recta de carga porque la carga aplicada $R$ define la intersección en el eje vertical. Por consiguiente, el análisis a seguir se llama análisis por medio de la recta de carga. La intersección de las dos curvas definirá la solución para la red, así como los niveles de corriente y voltaje.
Antes de revisar los detalles del trazo de la recta de carga en la gráfica de características, tenemos que determinar la respuesta esperada del circuito sencillo de la figura 2.1. Observe en esta figura que el efecto de la “presión” establecida por la fuente de $cd$ es establecer una corriente convencional en la dirección indicada por la flecha en el sentido de las manecillas del reloj. El hecho de que la dirección de esta corriente sea la misma que la de la flecha que aparece en el símbolo del diodo revela que éste está “encendido” y que conducirá un alto nivel de corriente. En otras palabras, el voltaje aplicado produjo una situación de polarización en directa. Con la dirección de la corriente establecida, las polaridades del voltaje a través del diodo y el resistor se pueden superponer. La polaridad de $V_{D}$ y la dirección de $I_{D}$ revelan con claridad que el diodo sí se encuentra en estado de polarización en directa, lo que produce un voltaje a través del diodo de aproximadamente $0.7 V$ y una corriente de $10 mA$ o más.
Las intersecciones de la recta de carga con las características de la figura 2.2 se determinan aplicando primero la ley de voltajes de Kirchhoff en el sentido de las manecillas del reloj, lo que da por resultado
$$+E-V_{D}-V_{R}=0$$
$$\boxed {E=V_{D}+I_{D}R}$$
Las dos variables de la ecuación, $V_{D}$ e $I_{D}$ son las mismas que las del diodo que aparecen en los ejes de la figura 2.2. Esta semejanza permite graficar la ecuación en las mismas características de la figura 2.2. Las intersecciones de la recta de carga con las características se determinan fácilmente sabiendo que en cualquier parte del eje horizontal $I_{D}=0 A$, y que en cualquier parte del eje vertical $V_{D}=0 V$. Si establecemos que $V_{D}=0 V$ en la ecuación y resolvemos para $I_{D}$, obtenemos la magnitud de $I_{D}$ en el eje vertical. Por consiguiente, con $V_{D}=0 V$, la ecuación se vuelve
$$E=V_{D}+I_{D}R$$
$$=0V+I_{D}R$$
$$\boxed{I_{D}=\frac{E}{R};\thinspace cuando\thinspace V_{D}=0V}$$
como se muestra en la figura 2.2. Si establecemos que $I_{D}=0A$ en la ecuación y resolvemos para $V_{D}$, obtenemos la magnitud de $V_{D}$ en el eje horizontal. Por consiguiente, con $I_{D}=0A$, la ecuación se vuelve
$$E=V_{D}+I_{D}R$$
$$=V_{D}+(0A)R$$
$$\boxed{V_{D}=E;\thinspace cuando\thinspace I_{D}=0A}$$
como se muestra en la figura 2.2. Una línea recta trazada entre los dos puntos definirá la recta de carga como se ilustra en la figura 2.2. Si cambia el nivel de $R$ (la carga), la intersección con el eje vertical también lo hará. El resultado será un cambio de la pendiente de la recta de carga y un punto de intersección diferente entre ésta y las características del dispositivo.
Ahora tenemos una recta de carga definida por la curva de la red y la curva de las características definidas por el dispositivo. El punto de intersección entre las dos es el punto de operación de este circuito. Basta trazar una línea hasta el eje horizontal para que podamos determinar el voltaje del diodo , en tanto que una línea horizontal desde el punto de intersección hasta el eje vertical proporcionará el nivel de $I_{D_{Q}}$ . La corriente $I_{D}$ es en realidad la que circula a través de toda la configuración en serie de la figura 2.1a. En general, el punto de operación se llama punto quiescente (abreviado “punto Q”) para reflejar sus cualidades “fijas, inamovibles” como definidas por una red de $cd$.
$$I_{D}=\frac{E}{R}-\frac{V_{D}}{R}$$
y
$$I_{D}=I_{S}(e^{V_{D}/nV_{T}}-1)$$
Dado que la curva de un diodo tiene características no lineales, las matemáticas implicadas requieren el uso de técnicas no lineales que no se abordaran aqui. El análisis por medio de la recta de carga antes descrito permite obtener una solución con un esfuerzo mínimo y una descripción “pictórica” de la razón por la cual se obtuvieron los niveles de $V_{D_{q}}$ y $I_{D_{Q}}$.
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