S01. diodo semiconductor

Sesión 01. Introducción a los sistemasSesión 01. Introducción a los sistemas
electrónicoselectrónicos
Sistemas Electrónicos de Equipo
Pesado
J.Max H’ery Quispe Chambi
1

ResumenResumen
• En esta sesión vamos a reconocer las
características y aplicaciones de los diodos
semiconductores y analizar circuitos con diodos.
2

Objetivo de la sesiónObjetivo de la sesión
• Identifica diversas aplicaciones de uso en
equipos.
• Compara y analiza los circuitos.
• Diagnostica diodos
4

SemiconductoresSemiconductores
5

o Los mejores conductores tienen un electrón de
valencia, mientras que los mejores aislantes
tienen ocho electrones de valencia.
o Un semiconductor es un elemento con
propiedades eléctricas entre las de un conductor y
un aislante, por tanto, los mejores
semiconductores tienen 4 electrones de
valencia.
Electrones de valencia:
electrones en el último nivel.
Materiales SemiconductoresMateriales Semiconductores

Materiales Conductores yMateriales Conductores y

• Conductor: material que soporta un gran flujo
de carga/corriente.
• Aislante: material con bajo nivel de
conductividad de corriente.
• Semiconductor: material que posee un nivel
de conductividad entre los extremos de un
aislante y un conductor.
DefinicionesDefiniciones

Conductores, aislantes y
semiconductores.
CONDUCTOR AISLANTE
SEMICONDUCTOR

Regla general de
clasificación.
CONDUCTOR AISLANTE SEMICONDUCTOR
Menos de cuatro
electrones de
valencia (e- en el
último nivel)
Más de cuatro
electrones de
valencia (e- en el
último nivel)
Igual a cuatro
electrones de
valencia (e- en el
último nivel)

Estructura del diodoEstructura del diodo
• El silicio y el germanio
son los elementos más
comúnmente usados
como semiconductores.
11

• El tipo de dispositivo
semiconductor más
simple es un diodo. Un
diodo permite el flujo de
corriente en una
dirección y bloquea el
flujo de la otra.
12

• Los diodos se usan con
muchos fines en los
circuitos eléctricos,
incluida la iluminación,
la rectificación, la
protección contra picos
de voltaje y la
prevención de corriente
de retroalimentación.
13

• Los diodos están hechos
de una capa de material
tipo “P” y una de
material tipo “N”. Los
diodos se crean al
mezclar (agregar
impurezas) las
proporciones correctas
en un trozo de material
semiconductor, tal como
el silicio o el germanio.
14

• Esta combinación crea
dos zonas distintas: el
lado “P” y el lado “N”.
El material tipo P tiene
una deficiencia de
electrones libres. El
material tipo N tiene
un exceso de
electrones libres
15

• En un diagrama, el
triángulo en el símbolo
del diodo apunta en la
dirección en que se
permite el flujo de
corriente de acuerdo
con la teoría de flujo
de corriente
convencional.
16

Ánodo y cátodoÁnodo y cátodo
• La corriente fluye
convencionalmente de
izquierda a derecha en
figura. Podemos
indicar esto con el
signo positivo (más) en
el lado izquierdo y
negativo (menos) en el
lado derecho.
17

Diodo con polarizaciónDiodo con polarización
directadirecta
• El término
“polarización” se usa en
referencia a la polaridad
del voltaje aplicado a un
diodo. Un diodo con
polarización directa
fluye al conectar el lado
P (ánodo) al voltaje
positivo y el lado N
(cátodo) al voltaje
negativo
18

directadirecta
• Al conectarlo a una
fuente de voltaje, un
diodo con polarización
directa cierra el
circuito
19

directadirecta
• Un diodo no conducirá
el flujo de corriente
hasta que el voltaje
con polarización
directa alcance cierto
umbral.
20

directadirecta
• El voltaje de umbral lo
determina el tipo de
material que se usa
para fabricar el diodo
(aproximadamente 0,6
v a 0,7 en Siliciio y 0,3
a 0,4 en Germanio)
21

directadirecta
• El exceso de corriente
produce exceso de
calor, lo que puede
destruir el diodo. El
exceso de voltaje
inverso también
destruirá el diodo
22

inversainversa
• Un diodo conectado al
voltaje de modo que la
corriente no puede fluir
tiene “polarización
inversa”. Los electrones
del extremo del cátodo
del diodo son atraídos
por el terminal positivo
de la fuente y en el
circuito fluye una
corriente mínima o nula
23

inversainversa
• A través de un diodo con
polarización inversa puede
fluir una cantidad muy
pequeña de corriente. Si el
voltaje de suministro
alcanza un nivel
suficientemente alto, se
averiará la estructura
atómica dentro del diodo y
aumentará la cantidad de
corriente
24

inversainversa
• Si la corriente inversa
es lo suficientemente
grande y dura
bastante, el calor
dañará el diodo
25

inversainversa
• Si un diodo tiene
polarización directa,
tiene poca resistencia y
por lo tanto tendrá una
pequeña caída de
voltaje. Si el diodo tiene
polarización inversa
tiene gran resistencia y
crea un circuito abierto.
26

DiagnósticoDiagnóstico
• Cualquiera de los siguientes síntomas puede llevarlo
a diagnosticar diodos con un multímetro digital
– Los circuitos no se energizan cuando se activan
– Los circuitos se energizan cuando no se activan
– La salida del sistema de carga está por debajo de
las especificaciones
28

• Antes de usar un multímetro digital, debe de haber
hecho lo siguiente:
– Reunir la información pertinente de parte del operador
– Realizar una inspección visual inicial
– Llevar a cabo una prueba de funcionamiento del sistema eléctrico
– Revisar el voltaje de origen
– Realizar una inspección del cableado y de los mazos de cable en los
circuitos bajo sospecha
29

• Cuando un diodo
funciona
correctamente en un
circuito, tiene una gran
caída de voltaje en una
dirección y una
pequeña en la otra .
30

• Los diodos se pueden
probar de tres formas
1.Si el diodo está en un
circuito paralelo, se debe
quitar del circuito y
probar con el circuito
digital en la posición de
diodo
31

2. Si el diodo está en serie,
se puede probar con la
energía del circuito
apagada y el multímetro
digital en la posición de
diodo
32

3. Si el diodo está en serie,
se puede probar con la
energía del circuito
encendido y el
multímetro digital en la
posición de voltios de
CC.
33

Diagnóstico –Diagnóstico –
Procedimiento 1Procedimiento 1
35
• Con el multímetro digital en la posición de diodo realice la
conexión de la figura
• Anote la lectura. En el Silicio aproximadamente 0,6 V

36
• Invierta los conductores
• Anote la lectura. Una lectura típica es OL

37
• En la escala en voltios realice la siguiente conexión
• Anote los resultados

Diodo ZenerDiodo Zener
38
• Un diodo de Zener es un tipo
especial de diodo que se
fabrica de modo que tenga un
alto número de electrones
libres y huecos de electrón.
Estos portadores de corriente
adicional permiten el flujo de
corriente inversa cuando se
alcanza cierto voltaje de
polarización inversa (punto de
avalancha o punto de zener

Diodo Zener – Diseño deDiodo Zener – Diseño de
los circuitoslos circuitos
39
• Los circuitos están diseñados
para incluir diodos de Zener
con una clasificación lo
suficientemente alta como para
proteger los diodos y el circuito
durante la operación normal.

40
• Un diodo Zener común no
conducirá corriente en la
dirección inversa si el voltaje
de polarización inversa está
por debajo de seis voltios.

41
• Si el voltaje de polarización
inversa alcanza o supera seis
voltios, el diodo permitirá el
flujo de corriente inversa y
mantendrá una caída de voltaje
constante de seis voltios. El
diodo Zener es de uso
frecuente en circuitos de
control de voltaje

Diodo Zener –Diodo Zener –
Dispositivos de controlDispositivos de control
42
• El diagrama muestra un
diodo de zener que
actúa como un
dispositivo de control del
alternador. A medida que
el motor funciona y los
requisitos de carga
comienzan a disminuir,
se acumula voltaje del
alternador

Dispositivos de controlDispositivos de control
43
• Esto hace que el voltaje a
través de los resistores
también aumente. El
voltaje a través de R7 y
R8 alcanza un nivel
mayor que el voltaje
crítico del diodo Zener. El
diodo Zener “falla” de
inmediato y permite el
flujo de corriente en la
dirección inversa

44
• Cualquiera de las siguientes causas puede llevarlo a
diagnosticar diodos de zener con un multímetro
digital
– Sobrecarga de la batería
– Carga insuficiente de la batería
– Leces atenuadas

45
• Antes de usar un multímetro digital, debe haber
hecho lo siguiente:
– Reunir la información pertinente de parte del
operador
– Revisar el voltaje de origen
– Realizar una inspección visual del cableado y de
los mazos de cables. Llevar a cabo una prueba
operacional del sistema eléctrico

46
• Un diodo zener permitirá
el flujo de corriente con
polarización directa e
inversa. Al probarlo, se
debe aplicar voltaje en
las direcciones de
polarización directa e
inversa

Diodo Zener – DiagnósticoDiodo Zener – Diagnóstico
con polarización directacon polarización directa
47
• La prueba de diodos de Zener requiere un suministro de
corriente CC variable.
• El multímetro digital se coloca en la modalidad de voltaje.

48
• El multímetro digital se coloca en la modalidad de voltaje y
el suministro se ajusta a un voltaje de 4 voltios.

49
• El resultado esperado es una caída de tensión de 0.5 V
para determinar que el zener funciona correctamente.

con polarización inversacon polarización inversa
50
• El diagnóstico implica usar un multímetro digital para medir
la caída de voltaje a través del diodo Zener con polarización
inversa mientras que el suministro voltaje se ajusta por
debajo del punto de Zener del diodo.
• Características del diodo zener: Vi=5.1 v P= 1 vatio

51
• El voltaje de suministro de corriente variable se ajustará en
4 voltios (por debajo de su Vi).

52
• Si el resultado muestra aproximadamente 4V, el diodo
Zener funciona correctamente. Aumente el voltaje más allá
del punto Zener para continuar la prueba
• Si el resultado muestra un voltaje significativamente menor
cuando el suministro es de 4V, el diodo Zener falló.

53
• Ajustar ahora el suministro a 12 V (por encima de su Vi)
• Si los resultados muestran aproximadamente 5.1 V cuando
el voltaje de suministro es de 12V, el diodo zener funciona
correctamente

54
• Si los resultados muestran un voltaje significativamente
menor o mayor a 5.1 V cuando el suministro es 12 V, el
diodo Zener falló y debe reemplazar.

AplicacionesAplicaciones
• Regulación de voltaje (usando
diodos Zener).
• Indicadores (usando los LED).
• Rectificación (cambiando la
corriente CA a corriente CC).
• Conexiones para controlar crestas
y sobretensiones de voltaje que
puedan dañar los circuitos de
estado sólido (que actúan como
circuitos de protección).
55

DiodoDiodo LedLed
• Otro tipo de diodo usado
con frecuencia como
lámpara indicadora es el
diodo luminiscente (LED).
Al igual que todos los
diodos, los LED permiten el
flujo de corriente sólo en
un sentido. La diferencia
está en que cuando se
aplica voltaje directo a un
LED, el LED emite luz.
56

DiodoDiodo LedLed
• Varios LED conectados en
serie en una disposición
especial pueden indicar
los números o las letras
en una pantalla.
57

DiodoDiodo LedLed
• Mientras la mayoría de los
diodos de silicio necesitan para
su conexión cerca de 0,5 ó 0,7
voltios, los LED necesitan
aproximadamente de 1,5 a 2,2
voltios. Este voltaje produce
corrientes lo suficientemente
altas para dañar un LED. La
mayoría de los LED pueden
manejar sólo alrededor de 20 a
30 mA de corriente. Para
prevenir el daño de un LED, un
resistor, que limita la corriente,
se coloca en serie con el LED.
58

PORTAFOLIO DIGITALPORTAFOLIO DIGITAL
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