El diodo semiconductor El Diodo



Descargar 46.03 Kb.
Fecha de conversión26.04.2018
Tamaño46.03 Kb.





El diodo semiconductor



El Diodo


Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión.

Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.




Símbolo del diodo ( A - ánodo,  K - cátodo)

El diodo se puede puede hacer funcionar de 2 maneras diferentes:


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

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.




Diodo en polarización inversa

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, ésto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.  


Aplicaciones del diodo:


Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.).

En este caso se utiliza el diodo como rectificador

El diodo Zener: características, funcionamiento como regulador

El diodo Zener
- características
- aplicaciones


Es un tipo especial de diodo, que diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa) siempre se utiliza en polarización inversa.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el mismo diodo.

Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común.

Funcionando de esta manera el diodo zener mantiene entre sus terminales una tensión de valor constante.

 

Símbolo del diodo zener   (A - ánodo  K - cátodo)

En este caso se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Analizando la curva del diodo zener se ve, que en el lugar donde se marca como región operativa, la corriente (Ir, en la línea vertical inferior) puede variar en un amplio margen, pero la tensión (Vz) varía muy poco.

Esta se mantiene aproximadamente en 5.6 V. (para un diodo zener de 5.6 V)

Aplicaciones del diodo Zener? La principal aplicación que se le da al diodo Zener es la de regulador.

¿Qué hace un regulador con Zener? Un regulador con zener ideal mantiene una tensión fija predeterminado a su salida, sin importar las variaciones de tensión en la fuente de alimentación y/o en la carga.



Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga.

Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que la tensión de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente.

(ver: la resistencia interna de las fuentes de tensión)

Para poder saber si una fuente de voltaje es de buena calidad se utiliza la siguiente fórmula:

Porcentaje de regulación =  V (sin carga) - V (carga total) * 100% / V (carga total)

A menor valor de porcentaje de regulación, mejor calidad de fuente.

El diodo LED (diodo emisor de luz), Light Emiter Diode


El diodo LED


Si alguna vez ha visto, unas pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y apagan, en algún circuito electrónico, ha visto los diodo LED en funcionamiento.

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica emite luz.

Existen diodos LED de varios colores y dependen del material con el cual fueron construidos.

Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo.

Eléctricamente el  diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.

Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.

Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de recombinaciones depende del material semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP)

Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color

Material


Longitud de onda de emisión en Angstroms (A°) Color

GaAs: Zn 9100 Infrarojo

GaAsP.4 6500 Rojo

GaAsP.5 6100 Ambar

GaAsP.85:N 5900 Amarillo

Ga:P 5600 Verde

Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar.

El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios. aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.

Tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.

El diodo LED debe ser protegido.

Una pequeña cantidad de corriente en sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse.

Una forma de protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio común.

Aplicaciones que tiene el diodo LED.

Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.

Ejemplos

 - Se utilizan para desplegar contadores


 - Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente directa.
 - Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.
 - En dispositivos de alarma

Sus desventajas son que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está entre los 30° y 60°.

Este último problema se corrige con cubiertas difusores de luz


Símbolo del diodo LED

El diodo LASER, ´luz laser´



Diodo Laser

El diodo laser se obtuvo como resultado de la continuación del desarrollo del diodo LED.

La palabra LASER proviene de las siglas en inglés:

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Esto se refiere a un extraño proceso cuántico, donde la luz característica emitida por electrones cuando estos pasan de un estado de alta energía a un estado de menor energía, estimulan a otros electrones para crear "saltos" similares.

El resultado es una luz sincronizada que sale del material.

Otra característica importante es que la luz emitida no sólo tiene la misma frecuencia (color), sino también la misma fase. (también está sincronizada).

Este es el motivo por el cual luz laser se mantiene enfocada aún a grandes distancias.

En el caso de una fuente de luz blanca común, esta genera todos los diferentes colores (a sus respectivas frecuencias) en forma de rayos dispersos (van en diferentes direcciones) y no están en fase.

En el caso de una fuente de luz laser todos los rayos son del mismo color (monocromáticos) o lo que es lo mismo, tienen la misma frecuencia y están en fase



Nota: los colores del gráfico no guardan relación con los colores ni la frecuencia que irradia la luz en la realidad

Los diodos LED comunes, irradian una sola luz (son monocromáticos), una sola frecuencia, pero no están en fase y se propagan en forma dispersa.

En cambio los diodos LASER, producen una luz coherente.

Esta luz no sólo es monocromática (un solo color), sino que es monofásica (están en fase), resultando en un rayo de luz muy preciso.

Los diodos LASER tienen una gran cantidad de aplicaciones, lectura y escritura de discos ópticos, donde sólo un rayo de luz muy angosto puede ver una área microscópica en la superficie de un disco. Para mediciones precisas en donde es indispensable un rayo de luz que no se disperse.

Algunos diodos laser requieren de circuitos que generen pulsos de alta potencia, para entregar grandes cantidades de voltaje y corriente en pequeños instantes de tiempo.

Otros diodos laser necesitan de un funcionamiento continuo pero a menor potencia.

Con el envejecimiento los diodos laser podrían necesitar mas corriente para generar la misma potencia entregada. Pero no hay que olvidarse que estos elementos tiene una vida muy larga.

Ejemplo: el diodo LED común que tiene una vida util de 10,000 horas en promedio

El diodo Schottky y el diodo Tunnel (característica de resistencia negativa)


El diodo Schottky


El diodo Schottky, a diferencia del diodo semiconductor normal que tiene una unión P–N, tiene una unión Metal-N.

Estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación, una baja caída de tensión cuando están polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios).

El diodo Schottky está más cerca del diodo ideal que el diodo semiconductor común pero tiene algunas características que hacen imposible su utilización en aplicaciones de potencia.

Estas son:


 - Poca capacidad de conducción de corriente en directo (en sentido de la flecha)
 - No acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR)

Sin embargo el diodo Schottky encuentra gran cantidad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad en computadoras, donde se necesitan grandes velocidades de conmutación y su poca caída de voltaje en directo causa poco gasto de energía




Símbolo del diodo Schottky

El diodo Tunnel


El diodo Tunnel se comporta de una manera muy interesante conforme se va aumentando la tensión aplicada en sentido directo.


Simbolo del diodo Tunnel

 - Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo empieza a conducir (la corriente empieza a fluir).


 - Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un punto después del cual la corriente disminuye.
 - La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle" y ....
 - Después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuará aumentando conforme aumenta la tensión.

Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo tunnel se puede ver en el siguiente gráfico.



 - Vp: Tensión pico


 - Vv: Tensión de valle
 - Ip: Corriente pico
 - Iv: Corriente de valle

La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp y Vv) se llama "zona de resistencia negativa"

Los diodos tunnel se llaman también diodos Esaki en honor a su inventor japonés Leo Esaki

Los diodos tunnel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Shottky. Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en reversa.

Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.

Como probar diodos y transistores (método tradicional)

Como probar un diodo.


Poder determinar si un diodo está en buen estado o no es muy importante en la vida de un técnico en electrónica, pues esto le permitirá poner a funcionar correctamente un artículo electrónico.

Pero no sólo son los técnicos los que necesitan saberlo.

En el caso del aficionado que está implementando un circuito o revisando un proyecto, es indispensable saber en que estado se encuentran los componentes que utiliza.

Hoy en día existen multímetros (VOM) digitales que permiten probar con mucha facilidad un diodo, pues ya vienen con esta alternativa listos de fábrica.

El caso que se presenta aquí es el método típico de medición de un diodo con un tester analógico (el que tiene una aguja)

Para empezar, se coloca el selector para medir resistencias (ohmios / ohms), sin importar de momento la escala.

Se realizan las dos pruebas siguientes:


  • Se coloca el cable de color rojo en el ánodo de diodo (el lado de diodo que no tiene la franja) y el cable de color negro en el cátodo (este lado tiene la franja), el propósito es que el multímetro inyecte una corriente en el diodo (esto es lo que hace cuando mide resistencias).

  • Si la resistencia que se lee es baja indica que el diodo, cuando está polarizado en directo funciona bien y circula corriente a través de él (como debe de ser).

  • Si esta resistencia es muy alta, puede ser síntoma de que el diodo está "abierto" y deba de reemplazarlo.

  • Se coloca el cable de color rojo en el cátodo y el cable negro en el ánodo.

  • En este caso como en anterior el propósito es hacer circular corriente a través del diodo, pero ahora en sentido opuesto a la flecha de este.

  • Si la resistencia leída es muy alta, esto nos indica que el diodo se comporta como se esperaba, pues un diodo polarizado en inverso casi no conduce corriente.

  • Si esta resistencia es muy baja podría significar que el diodo esta en "corto" y deba de reemplazarlo.

Nota:
 - El cable rojo debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro


 - El cable negro debe ir conectado al terminal del mismo color en el multímetro (el común/ common)

Como probar un transistor


Para probar transistores hay que analizar un circuito equivalente de este, en el que se puede utilizar lo aprendido al probar diodos. Ver la siguiente figura.

Se puede ver que los circuitos equivalentes de los transistores bipolares NPN y PNP están compuestos por diodos y se puede seguir la misma técnica que se sigue al probar diodos comunes.

La prueba se realiza entre el terminal de la base (B) y el terminal E y C.

Los métodos a seguir en el transistor  NPN y PNP son opuestos. Al igual que con el diodo si uno de estos "diodos del equivalentes del transistor" no funcionan cono se espera hay que cambiar el transistor.

Nota: Aunque este método es muy confiable (99 % de los casos), hay casos en que, por las características del diodo o el transistor, esto no se cumple.

Para efectos prácticos se sugiere tomarlo como confiable en un 100%

El rectificador de media (1/2) onda.

Fuente de alimentación no regulada


Recificador de media onda


La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u otros es alterna.

Para que los artefactos electrónicos que allí tenemos puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en corriente continua.

Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220 voltios u otro) a uno más bajo como 12 o 15 Voltios con ayuda de un transformador.

A la salida del transformador se pone el circuito rectificador.

La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo

Polarización del diodo en sentido directo

Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él.

Ver gráfico.



Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, (ver gráfico), entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.



Polarización del diodo en sentido inverso

Durante el semiciclo negativo, la corriente suminitrada por el transformador querrá circular en sentido opuesto a la flecha del diodo.

Si el diodo es considerado ideal entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente, 



La forma de onda de salida de un rectificador de 1/2 onda será como se muestra en la siguiente figura.




 

Filtrado con capacitor (condensador)


La tensión de salida del rectificador de 1/2 onda anterior (una onda pulsante) no muestra con claridad un voltaje en corriente continua que se pueda aprovechar (no es constante).

Pero si incluimos a la salida de este y antes de la carga un condensador (capacitor), este ayudará a aplanar la salida.

Cuando el diodo conduce (semiciclo positivo) el capacitor se carga al valor pico del voltaje de entrada.

En el siguiente semiciclo, cuando el diodo está polarizado en inversa y no hay flujo de corriente hacia la carga, es el condensador el que entrega corriente a la carga (el condensador se descarga a través de la resistencia de carga).

El condensador al entregar corriente a la carga se descarga (disminuye el voltaje en sus terminales) Ver la figura


 

La tensión de rizado



A la variación del voltaje ( ∆v ) en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado.

La magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia de carga y al valor del capacitor.



En el semiciclo positivo el transformador entrega corriente (a través del diodo) al condensador C y a la resistencia RL, en el semiciclo negativo es el capacitor el que entrega corriente a la resistencia (se descarga).

Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aún cumpliéndose esta condición el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la carga es grande)

Rectificador onda completa con transformador de derivación central

Fuente de alimentación (no regulada)



Para poder comprender bien lo que se plantea en este tutorial, es conveniente que haya leído El rectificador de media onda. Si ya lo hizo o considera que no es necesario continúe.

Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales .


Esta conexión adicional se pone a tierra. Ver gráfico


Durante el semiciclo positivo (ver Vin color rojo) el diodo D1 conduce.

La corriente pasa por la parte superior del secundario del transformador, por el diodo D1 por RL y termina en tierra.

El diodo D2 no conduce pues está polarizado en inversa

Durante el semiciclo negativo (ver Vin color azul) el diodo D2 conduce.

La corriente pasa por la parte inferior del secundario del transformador, por el diodo D2 por RL y termina en tierra.

El diodo D1 no conduce pues está polarizador en inversa.

Ambos ciclos del voltaje de entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico



La tensión de rizado



Si a RL se le pone en paralelo un condensador, el voltaje de salida se verá como en la siguiente figura (línea negra).



A la variación del voltaje ( ∆v ) en los terminales del condensador debido a la descarga de este en la resistencia de carga se le llama tensión de rizado.

La magnitud de este rizado dependerá del valor de la resistencia de carga y al valor del capacitor.

Si se comparar este diagrama con su correspondiente de rectificación de 1/2 onda, se puede ver que este circuito tiene un rizado de mayor frecuencia (el doble), pero es menor.

Ver ∆V en el rectificador de 1/2 onda


 

En cada semiciclo el transformador entrega corriente (a través de los diodos D1 y D2) al condensador C y a la resistencia RL,

Esto sucede mientras las ondas aumentan su valor hasta llegar a su valor pico (valor máximo), pero cuando este valor desciende es el condensador el que entrega la corriente a la carga (se descarga).

Si el capacitor es grande significa menos rizado, pero aún cumpliéndose esta condición el rizado podría ser grande si la resistencia de carga es muy pequeña (corriente en la carga es grande) 



Nota: Hay que tomar en cuenta que el voltaje máximo que se podrá obtener dependerá del voltaje que haya entre uno de los terminales del secundario del transformador y el terminal de la derivación central

Rectificador de onda completa con puente de diodos


Fuente de alimentación (no regulada)

Para comprender mejor lo que se plantea en este tutorial se recomienda que vea primero El rectificador de media onda, El rectificador de onda completa con transformador con derivación central.

Si ya lo hizo o considera que no es necesario, continúe.

El circuito rectificador de onda completa de la figura, es el que se utiliza si, lo que se desea es utilizar todo el voltaje del secundario del transformador (en el caso de un transformador con derivación central).

En el circuito con transformador con derivación central, la tensión de salida depende de la mitad de la tensión del secundario

En este circuito con puente de diodos, los diodos, D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso.

Ver que la corriente atraviesa la carga RL.

El el semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo.

La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL. en el mismo sentido que en el semiciclo positivo.

La salida tiene la forma de una onda rectificada completa.

Esta salida es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador (capacitor) en paralelo con la carga.

Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará en RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero ("0") voltios, y el ciclo se repite. Ver las figuras.






 

 


 

 

Compartir con tus amigos:


La base de datos está protegida por derechos de autor ©composi.info 2017
enviar mensaje

    Página principal