El documento describe las características principales de los diodos. Un diodo permite el paso de corriente eléctrica en un solo sentido. Su comportamiento depende de si está polarizado directa o inversamente. Los diodos rectificadores se usan para convertir corriente alterna en continua aprovechando esta característica unidireccional.
3. Un diodo es un componente electrónico de dos
terminales que permite la circulación de la
corriente eléctrica a través de él en un sentido.
Este término generalmente se usa para referirse al
diodo semiconductor, el más común en la
actualidad; consta de una pieza de cristal
semiconductor conectada a dos terminales
eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya
no se usa, excepto para tecnologías de alta
potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos:
una lámina como ánodo, y un cátodo.
De forma simplificada, la curva característica de un
diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de
cierta diferencia de potencial, se comporta como un
circuito abierto (no conduce), y por encima de ella
como un circuito cerrado con una resistencia
eléctrica muy pequeña. Debido a este
comportamiento, se les suele denominar
rectificadores, ya que son dispositivos capaces de
suprimir la parte negativa de cualquier señal, como
paso inicial para convertir una corriente alterna en
corriente continua. Su principio de funcionamiento
está basado en los experimentos de Lee De Forest
4. Introducción
Hemos visto que un diodo semiconductor normal puede estar
polarizado tanto en directa como inversamente.
En directa se comporta como una pequeña resistencia.
En inversa se comporta como una gran resistencia.
Veremos ahora un diodo de especiales características que
recibe el nombre de diodo zener
El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de
característica inversa y, en particular, en la zona del punto de
ruptura de su característica inversa. Esta tensión de ruptura
depende de las características de construcción del diodo, se
fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actúa
como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho
estado.
5. Tres son las características que diferencian a los diversos
diodos Zener entre si:
Tensiones de polarización inversa. conocida como tensión
zener, Es la tensión que el zener va a mantener constante.
Corriente mínima de funcionamiento. Si la corriente a
través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener
mantenga constante la tensión en sus bornas.
Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es
constante, nos indica el máximo valor de la corriente que
puede soportar el Zener.
Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente
mantiene constante la tensión en sus bornas a un valor llamado
tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa
entre el margen de valores comprendidos entre el valor mínimo
de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener
máxima que puede disipar. Si superamos el valor de esta
corriente el zener se destruye.
6. El diodo zener viene caracterizado por:
1. Tensión Zener Vz.
2. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia:
C: 5%)
3. Máxima corriente Zener en polarización
inversa Iz.
4. Máxima potencia disipada.
5. Máxima temperatura de operación del
zener.
Ficha técnica de un tipo de diodo zener
desarrollada por la corporación privada
Bourns, Inc.
7. Un diodo rectificador es uno de los
dispositivos de la familia de los
diodos más sencillos. El nombre
diodo rectificador” procede de su
aplicación, la cual consiste en separar
los ciclos positivos de una señal de
corriente alterna.
Si se aplica al diodo una tensión de
corriente alterna durante los medios
ciclos positivos, se polariza en forma
directa; de esta manera, permite el
paso de la corriente eléctrica.
Pero durante los medios ciclos
negativos, el diodo se polariza de
manera inversa; con ello, evita el
paso de la corriente en tal sentido.
Introducción
Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se
consideran tres factores: la frecuencia máxima en que
realizan correctamente su función, la corriente
máxima en que pueden conducir en sentido directo y
las tensiones directa e inversa máximas que
soportarán.
Una de las aplicaciones clásicas de los diodos
rectificadores, es en las fuentes de alimentación;
aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra
de corriente directa.
Símbolo del diodo
rectificador
8. Tensión inversa de ruptura: la tensión inversa de ruptura es la máxima tensión en sentido inverso
que puede soportar un diodo sin entrar en conducción; esta tensión para un diodo rectificador es
destructiva, por ello cuando se diseña un circuito siempre se utiliza un factor de seguridad que no está
determinado, sino que depende del diseñador, así por ejemplo, si la hoja de características de un diodo
expresa un valor para la tensión inversa de ruptura de 80 V, un diseñador muy conservador puede utilizar
un factor de seguridad de 2. El diodo no soportará, en ningún caso, tensiones inversas superiores a 40 V.
Corriente máxima de polarización directa: es el valor medio de corriente para el cual el diodo se
quema debido a una excesiva disipación de potencia. Este valor nunca se debe alcanzar, por ello, al igual
que en el caso de la tensión inversa de ruptura se utiliza en diseño un factor de seguridad que suele ser 2.
Este valor está expresado en la hoja de características del diodo referido a alimentación monofásica,
carga resistiva, 50 o 60 Hz y a 75 ºC de temperatura.
Caída de tensión con polarización directa: esta medida se realiza con una señal alterna y se obtiene
la caída de tensión con polarización directa, para un valor determinado de corriente y una temperatura de
25 ºC.
Corriente inversa máxima: es la corriente con polarización inversa para una tensión continua
determinada que viene indicada en la hoja de características del diodo. El valor de la corriente inversa se
da para diferentes temperatura.
9. Ficha técnica de un tipo de diodo rectificador de alta tension desarrollada por la
corporación privada Bourns, Inc.
10. Este tipo de diodos es muy popular, sino, veamos
cualquier equipo electrónico y veremos por lo menos 1 ó
más diodos led. Podemos encontrarlos en diferentes
formas, tamaños y colores
diferentes. La forma de operar de un led se basa en la
recombinación de portadores mayoritarios en la capa de
barrera cuando se polariza una unión Pn en sentido directo.
En cada recombinación de un electrón con un hueco se
libera cierta energía. Esta energía, en el caso de
determinados semiconductores, se irradia en forma de
luz, en otros se hace de forma térmica.
Dichas radiaciones son básicamente monocromáticas (sin
color). Por un método de "dopado" del material
semiconductor se puede afectar la energía de radiación del
diodo.
El nombre de LED se debe a su abreviatura en ingles ( Light
Emmiting Diode )
Además de los diodos led existen otros diodos con
diferente emisión, como la infrarroja, y que responden a la
denominación IRED (Diodo emisor de infra-rojos).
Símbolo del diodo LED
Introducción
11. Dimensiones y color del diodo
Actualmente los LED tienen diferentes tamaños, formas y colores. Tenemos LED
redondos, cuadrados, rectangulares, triangulares y con diversas formas.
Los colores básicos son rojo, verde y azul, aunque podemos encontrarlos naranjas, amarillos
incluso hay un Led de luz blanca. Las dimensiones en los LED redondos son 3mm, 5mm, 10mm y
uno gigante de 20mm
Ángulo de vista
Esta característica es importante, pues de ella depende el modo de observación del Led, es
decir, el empleo práctico de aparato realizado.
Luminosidad
La intensidad luminosa en el eje y el brillo están intensamente relacionados. Tanto si el Led es
puntual o difusor, el brillo es proporcional a la superficie de emisión. Si el Led es puntual, el
punto será más brillante, al ser una superficie demasiado pequeña. En uno difusor la intensidad
en el eje es superior al modelo puntual.
Consumo
El consumo depende mucho del tipo de LED que elijamos.
12.
13. El diodo Schottky o diodo de barrera
Schottky, llamado así en honor del físico alemán
Walter H. Schottky, es un dispositivo
semiconductor que proporciona conmutaciones
muy rápidas entre los estados de conducción
directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos
pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas
tensiones umbral (también conocidas como
tensiones de codo, aunque en inglés se refieren a
ella como "knee", o sea, de rodilla). La tensión de
codo es la diferencia de potencial mínima
necesaria para que el diodo actúe como
conductor en lugar de circuito abierto;
esto, claro, dejando de lado la región Zener, que
es cuando más bien existe una diferencia de
potencial lo suficientemente negativa para que a
pesar de estar polarizado en contra del flujo de
corriente- éste opere de igual forma como lo
haría regularmente.
14. La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de
muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en
circuitos de alta intensidad. A diferencia de los diodos
convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —
valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo
conduce— de0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión
umbral de aproximadamente 0,2V a 0,4 V empleándose, por
ejemplo, como protección de descarga de células solares con
baterías de plomo ácido.
La limitación más evidente del diodo de Schottky es la
dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente
elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el
diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones
en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se
necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su
poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de
energía.
15. El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene una
unión pn, en la cual se produce el efecto túnel que da
origen a una conductancia diferencial negativa en un
cierto intervalo de la característica corriente-tensión.
La presencia del tramo de resistencia negativa permite su
utilización como componente activo
(amplificador/oscilador).
También se conocen como diodos Esaki, en honor del
hombre que descubrió que una fuerte contaminación con
impurezas podía causar un efecto de tunelización de los
portadores de carga a lo largo de la zona de agotamiento
en la unión. Una característica importante del diodo
túnel es su resistencia negativa en un determinado
intervalo de voltajes de polarización directa. Cuando la
resistencia es negativa, la corriente disminuye al
aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo túnel
puede funcionar como amplificador, como oscilador o
como biestable. Esencialmente, este diodo es un
dispositivo de baja potencia para aplicaciones que
involucran microondas y que están relativamente libres
de los efectos de la radiación.
Introducción
16. Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo tunnel
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.
• Vv: Tensión de valle
• Vp: Tensión pico
• Ip: Corriente pico
• Iv: Corriente de valle
La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp yVv)
se llama "zona de resistencia negativa "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 Schottky.
17. Diodo de capacidad variable, esto es el diodo varicap, también llamado Varactor. Este
diodo forma una capacidad en los extremos de la union PN, que resulta de utilidad, cuando
se busca utilizar esa capacidad en provecho del circuito en el cual debe de funcionar el
diodo.
Cuando polarizamos un varicap de forma directa, observamos que además de las zonas
constitutivas de la capacidad que buscamos, en paralelo con ellas aparece una resistencia de
muy bajo valor óhmico, conformando con esto un capacitor de pérdidas muy elevadas. En
cambio si lo polarizamos en sentido inverso, la resistencia en paralelo mencionada, es de un
valor relativamente alto, dando como resultado que el diodo se comporte como un capacitor
de pérdidas bajas.
Introducción
18. Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su
funcionamiento sea similar al de un capacitador y tengan una
característica capacitancia-tension dentro de límites razonables.
En el gráfico a la derecha se muestran las similitudes entre un diodo y un
capacitor.
Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona de
agotamiento se forma en la juntura.
Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no
hay ninguna carga y flujo de corriente
Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si tienen portadores de carga (área semiconductor). Se puede
visualizar sin dificultad la formación de un capacitor en el diodo (dos materiales semiconductores
deparados por un aislante).
La amplitud de la zona de agotamiento se puede ampliar incrementando la tensión inversa aplicada al
diodo con una fuente externa. Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreas
semiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.
Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.
Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye
Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta