Este documento resume diferentes tipos de diodos para aplicaciones especiales, incluyendo diodos Zener, reguladores Zener con carga, dispositivos optoelectrónicos como emisores de luz y sensibles a la luz, diodos Schottky, varicaps y varistores. Describe brevemente el funcionamiento y aplicaciones de cada uno de estos dispositivos.

1. Diodos para aplicaciones especiales
• El diodo Zener.
• El regulador Zener con carga
• Dispositivos optoelectrónicos
– Emisores de luz
– Sensibles a la luz
• El diodo Schottky
• El varicap
• Los varistores
Presentación por José Quiles Hoyo
Diodo Zener
I
El diodo Zener funciona en Tensión Zener
polarización inversa utilizando
el fenómeno de conducción por
ruptura o avalancha. Vz
Para una tensión inversa dada,
llamada tensión Zener, ésta se V
mantiene constante aunque la
corriente varíe.
En polarización directa
funciona como un diodo
normal.
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2. Región Zener
Se debe a una fuerte generación de portadores en la
zona de transición debido a estas dos causas:
• Multiplicación por avalancha
• Ruptura Zener
En la práctica, ambos fenómenos se confunden. Se habla
de “zona zener” y de “tensión zener” y de “zona de
avalancha” y de “tensión de avalancha”.
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Multiplicación por avalancha
Se produce con tensiones inversas mayores de 5 V. El campo eléctrico acelera
los portadores minoritarios que atraviesan la zona de transición con la energía
cinética suficiente para romper enlaces covalentes generando más portadores. Si
el campo es suficientemente intenso, los nuevos portadores vuelven a chocar y
generar más portadores. Se produce una reacción en cadena que genera
muchísimos portadores. El dopado controla el fenómeno de avalancha: cuanto
más débil es, a mayor tensión se produce.
zona de transición
Portador
minoritario
P ligeramente dopado avalancha de electrones N altamente dopado
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3. Ruptura Zener
Para tensiones por debajo de 5 V. El campo eléctrico es suficientemente
intenso como para romper directamente enlaces. Ambos dopados deben ser
muy intensos (≈1024 átomos/m3 ).
zona de transición
P altamente dopado N altamente dopado
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Modelización del diodo Zener
R R
Vs< Vz
No conduce
V0 Vz Vs V0 Vs< Vz
I
R
Vs= Vz
Conduce
Vz
V0 Vz Vs= Vz
V
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4. Diodo Zener: aplicaciones
Regulador de R=1kΩ Las tensiones Vz≈ [3 - 20V]
tensión Vs
Vs = VZ=
V0 = 6V I Vz=5V 5V
V − Vz 6 − 5
I= 0 = = 1 mA
R 1k
Atenuador de P = VzI = 5V·1mA = 5 mW
rizado
Vs = Vz
V V
Vrizada
t Vz Vs t
V0
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Regulador zener con carga
Anteriormente habíamos visto este circuito:
Primeramente supondremos que están
conectados directamente, por lo
tanto vC = vL entonces:
Problemas que podemos tener:
RL variable (variaciones de carga).
Variaciones de tensión de red (variaciones de red).
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5. Diodo zener con
carga
Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito
puede variar entre dos valores y como nuestro objetivo es obtener
una tensión constante a la salida tendremos que hacer algo. Para
resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en
el diodo zener.
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DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS
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6. Dispositivos optoelectrónicos
Emisores de luz Sensibles a la luz
Convierten el movimiento de cargas Convierten la energía
eléctricas en energía luminosa. luminosa en una carga o
Los más utilizados son: corriente eléctrica.
- Diodo Luminiscente (LED)
Los más utilizados son:
- Diodo de infrarrojos (IRED)
- Diodo láser - Fotorresistencia
- Fotodiodo
- Fototransistor
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Diodos emisores de luz (LED)
Es un componente electrónico que
como su nombre indica una vez
activado por una corriente eléctrica BANDA DE CONDUCCIÓN
produce una radiación luminosa
visible, y que dependiendo de la FOTÓN
mezcla de sustancias de su BANDA DE VALENCIA
composición esta radiación puede ser
de diferente color
P N
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7. Diodo LED
5mAa -30mA
1.5 a 2,2 voltios
Con polarización
directa
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Compuestos empleados en la construcción de LED.
Compuesto Color Long. de onda
Arseniuro de galio Infrarrojo 940nm
(GaAs)
Arseniuro de galio y Rojo e infrarrojo 890nm
aluminio
(AlGaAs)
Arseniuro fosfuro de Rojo, naranja y 630nm
galio (GaAsP) amarillo
Nitruro de galio verde 525nm
(GaN) 525nm
Seleniuro de zinc azul 450nm
(ZnSe)
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8. Color de la luz emitida por LED
GaAs dopado con Zn
GaP dopado con Zn IR
I
GaAs0.6P0.4
GaAs0.35P0.65
GaAs0.15P0.85
GaP dopado con N
1 2 3 V (V)
SiC, ZnSe
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APLICACIONES DE DIODOS
Sensores de luz: Fotómetros
Sensor de lluvia en vehículos
Detectores de humo
Turbidímetros
Sensor de Color
Objetivo
LED azul
LED verde LED
LED rojo Fotodiodo
Antiguo display LED de una
calculadora.
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9. Aplicaciones de los LED
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DIODO IRED
Los diodos infrarrojos (IRED) se
emplean desde mediados del
siglo XX en mandos a distancia
de televisores, habiéndose
generalizado su uso en otros
electrodomésticos como
equipos de aire acondicionado,
equipos de música, etc. y en No se pude mostrar la imagen v inculada. Puede que se hay a mov ido, cambiado de nombre o eliminado el archiv o. Compruebe que el v ínculo señala al archiv o y ubicaciones correctos.
general para aplicaciones de
control remoto, así como en
dispositivos detectores.
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10. APLICACIONES DE DIODOS No se puede mostrar la imagen en este momento.
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Detectores reflexión de objeto
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Detectores de barrera
Detectores reflexión de espejo
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DIODO LÁSER LD O ILD
"un diodo láser es dispositivo
semiconductor similar a los
diodos LED pero que bajo las
condiciones adecuadas emite
luz láser. A veces se los
denomina diodos láser de
inyección, o por sus siglas
inglesas LD o ILD."
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11. DIODOS LÁSER
• Los diodos láser diferencian de los lásers
convencionales, tales como el helio- neón
(He-Ne), rubí, y tipos de gas, de varias
maneras.
• Tamaño y peso pequeños: Un diodo típico
del láser mide menos de un milímetro
• Baja corriente, voltaje, y requisitos de
energía: La mayoría de los diodos de láser No se puede mostrar la imagen en este momento.
requieren solamente algunos milivatios de
energía en 3 a 12 voltios de C.C.
• Rayo de ángulo ancho: Un diodo del láser
produce un "cono" más bien que un "lápiz"
de luz visible o IR, aunque este "cono" se
puede enfocar usando lentes convexos."
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Aplicaciones de los diodos láser
• Comunicaciones de datos por
fibra óptica.
• Lectores de CDs, DVDs, Blu-
rays, HD-DVDs, entre otros.
• Impresoras láser.
• Escáneres o digitalizadores.
• Sensores.
• Armas láser.
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12. SENSIBLES A LA LUZ
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Fotorresistencia LDR
El LDR
(Light Dependent Resistor)
O resistencia dependiente de la luz,
es una resistencia que varia su valor
en función de la luz que incide sobre
su superficie. Cuanto mas sea la
intensidad de luz que incida en su
superficie menor será su resistencia
y contra menos luz incida mayor
será la resistencia
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13. Símbolo de la fotorresistencia LDR y modelo de encapsulado plástico
a) Símbolos de la fotorresistencia LDR y
b) Modelo de encapsuladoQuiles Hoyo
Presentación por José plástico de un LDR.
Fotodiodo: No se puede mostrar la imagen en este momento.
Diodo semiconductor pn
polarizado en inversa de
manera que la luz que incide
sobre él genera una corriente
en el circuito externo.
Debido a su construcción, los
fotodiodos se comportan como
células fotovoltaicas, es decir,
en ausencia de luz exterior
generan una tensión muy
pequeña con el positivo en el
ánodo y el negativo en el
cátodo. Esta corriente
presente en ausencia de luz
recibe el nombre de corriente
de oscuridad
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14. Aplicaciones de los fotodiodos:
• Control de iluminación y brillo.
• Control remoto por infrarrojos.
• Enfoque automático y control de
exposición en cámaras.
• Codificadores de posición.
• Medidas de distancia, espesor,
transparencia.
• Detectores de proximidad y
presencia.
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Fototransistor
Es una combinación
integrada de fotodiodo y
transistor bipolar npn
(sensible a la luz)
donde la base recibe la
radiación óptica
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15. FOTOTRANSISTORES (Phototransistor)
DISTINTOS
ENCAPSULADOS
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Diodo Schottky
• Basado en una unión metal–semiconductor.
• No existen portadores minoritarios en la parte
metálica, por lo que el tiempo de recuperación
inverso es mucho menor. +-
+-
• Se polariza de modo directo conectando el
+-
semiconductor tipo n al cátodo, y el metal al +-
ánodo - +
+-
• Existe zona de carga espacial sólo en el lado +-
semiconductor. +-
• El flujo de corriente no se debe a la difusión +- metal (W,
+- Mo,...)
de portadores como en la unión p-n.
• En ambos lados el portador mayoritario es el +-
n
electrón.
• Rectifica corrientes alternas del orden de los
GHz.
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16. Estructura de un diodo Schottky.
El diodo esta
compuesto por un
metal y un
semiconductor
(tipo N)
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Los materiales mas utilizados para crear los diodos
Schottky
son:
metales:
• Platino.
• Titanio.
• Oro.
con los semiconductores:
• Silicio. (Si)
• Arseniuro de galio. (GaAs)
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17. PARAMETROS.
• El parámetro q Φm
[eV] es la función
trabajo del metal.
• La cantidad q Φs
[eV] es la función
trabajo del
semiconductor.
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Diodo de Schottky (en Polarización Inversa)
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18. POLARIZACIÓN DIRECTA.
Si ahora se aplica una tensión positiva (V) al
metal respecto del semiconductor, la barrera
semiconductor-metal, se reduce.
En esta situación, los electrones pueden fluir
fácilmente desde el semiconductor hacia el
metal, porque la anchura de la barrera se ha
reducido.
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Diodo de Schottky (en Polarización Directa)
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19. FUNCIONAMIENTO IDEAL.
El diodo de barrera Schottky tiene una característica
tensión-corriente similar a la de un diodo de Silicio
común, excepto que la tensión umbral es más baja,
del orden de 0.2v
Como responde mucho más rápido que un diodo normal
tiene gran valor en aplicaciones de conmutación de
alta velocidad.
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FUNCIONAMIENTO REAL.
La anchura de la barrera varía con la tensión
aplicada, mayormente con polarización
inversa.
Pero en polarizacion directa, los electrones de
conducción experimentan una fuerza en el
metal que los atrae hacia la superficie del
metal disminuyendo la anchura de la barrera
y apartando la relación corriente-tensión de
su valor ideal.
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20. CIRCUITO EQUIVALENTE.
El circuito equivalente de
pequeña señal del diodo
Schottky cuyo símbolo
esquemático se muestra
en la figura a)
La imagen de la figura b)
muestra el
comportamiento del
diodo schottky por
medio de componentes
electronicos.
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COMPARACIÓNES.
• Los diodos Schottky tienen muchas
aplicaciones porque presentan algunas
ventajas respecto a los diodos de unión PN.
• El diodo Schottky presenta una mayor
corriente lo que se manifiesta por medio de
una menor tensión de umbral, alrededor de
0.2v a 0.3v
• Mayor velocidad de respuesta temporal.
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21. Schottky vs Diodo “PN”
• Para un diodo
Schottky un tiempo
de conmutación
típico es de 1 ps, en
tanto que un diodo
común está en el
orden de 1 ns.
• Mayor corriente
entregada.
• Voltaje de
polarizacion (diodo
0.7v diodo schottky
0.2v a 0.3v)
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La unión PN polarizada
inversamente puede
DIODOS ESPECIALES
asimilarse a un
Diodo Varicap condensador de placas
(Varicap , Varactor or Tuning planas (zona de
diode) transición).
P N
- -
-
-
-
+
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
Esta capacidad se llama
Capacidad de Transición
Dieléctrico (CT).
Notar, que al aumentar la
tensión inversa aumenta la
CT
zona de transición. Un
30 pF
efecto parecido al de
d
VI separar las placas de un
condensador (CT
10 V
disminuye).
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22. DIODOS ESPECIALES
Diodo Schottky (Schottky diode)
Unión Metal-semiconductor N. Produciéndose el llamado efecto
schottky.
La zona N debe estar poco dopada.
Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas).
Corriente de fugas significativamente mayor.
Menores tensiones de ruptura.
Caídas directas mas bajas (tensión de codo ≅ 0.2 V).
Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia
El efecto Schottky fue predicho teóricamente en
1938 por Walter H. Schottky
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VARISTORES
Un varistor es un componente electrónico cuya
resistencia óhmica disminuye cuando la tensión eléctrica
que se le aplica aumenta; tienen un tiempo de respuesta
rápido y son utilizados como limitadores de picos voltaje.
Fabricados básicamente con óxido de zinc y
dependiendo del fabricante se le añaden otros
materiales para agregarle las características no lineales
deseables. Se utiliza para proteger los componentes más
sensibles de los circuitos contra variaciones bruscas de
voltaje o picos de corriente que pueden ser originados,
entre otros, por relámpagos conmutaciones y ruido
eléctrico.
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23. Presentación por José Quiles Hoyo
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