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sirve para estudiantes de ingenieria electronica
Tipo: Apuntes
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Polarización: Uso de fuentes externas de alimentación, para proveer de energía a un amplificador y establecer sus límites. Ver: Amplificador Operacional con fuente única., Amplificador a transistor emisor común. Polarización en directa: en el diodo es cuando el voltaje en el ánodo es superior al voltaje del cátodo. Polarización en inversa: en el diodo es cuando el voltaje en el cátodo es superior al voltaje en el ánodo. Portadores minoritarios: Portador que tiene menor presencia en un área dada en un semiconductor. En áreas tipo N hay huecos y en la áreas P, electrones. Potencia: La velocidad con la que se consume o suministra energía de un sistema. Potencia: Energía /tiempo. La unidad de medición de la potencia es el Watt o Vatio (W). Ver: Potencia en C.A., Potencia en una resistencia, Energía y potencia. Diodo: Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Cátodo: es un electrodo con carga negativa que sufre una reacción de reducción, mediante la cual un material reduce su estado de oxidación al recibir electrones. Ánodo: un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación, mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidación. RESUMEN
cátodo, presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. Su descripción, funcionamiento, simbología, tipos, curva característica, formas de conexionados, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin las cuales no conoceríamos la electrónica moderna; tiene especial importancia son los circuitos de conmutación ya que estos pueden conducir o no conducir según el voltaje aplicado. Mediante gráficas, simbologías y tablas demostrando sus funcionamientos y aportes a la electrónica desde tiempos remotos y su evolución constante con los usos que le ha dado el hombre.
2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Reconocer características, partes, funciones de los diodos que permitan analizar sus aplicaciones en la electrónica actualmente. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conocer el origen, principios y simbología de los diodos.
Reconocer los tipos de diodos y sus usos. Analizar el funcionamiento y comportamiento de un diodo en un circuito.
3. MARCO TEÓRICO DIODO CONCEPTO Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo 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. Figura 1 El Ánodo (A) y el cátodo (K) La flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente, El sentido permitido para la corriente es de A a K. Los diodos son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.
La zona P se caracteriza por poseer una escasez de electrones y corresponde a la parte del ánodo (positivo). La zona N presenta un exceso de electrones y corresponde a la parte del cátodo (negativo). En el lugar de contacto de las zonas P y N en el diodo, se crea una región denominada “de transición” en donde se genera una diferencia potencial y se crean iones positivo e iones negativos en cada uno de los lados. Para que los electrones se puedan mover se necesita superar esta diferencia potencial, si esto es logrado se producirá la corriente eléctrica, circulando los electrones de la zona N a la P y la corriente de la P a la N. La polarización directa se produce cuando el polo positivo del generador eléctrico se une al ánodo del diodo y el polo negativo se une al cátodo. En este caso el diodo se comporta como un conductor y deja pasar la corriente. cuando a un diodo semiconductor se le aplica polarización directa (la zona n conectada al polo negativo de la batería y la zona p conectada al polo positivo), los electrones proporcionados por la batería lo atraviesan fácilmente ya que los existentes en el interior de la zona n del diodo son repelidos por el polo negativo de la batería, y pasan a la zona p donde son atraídos por el polo positivo de la batería y cierran el circuito; esto origina un nuevo hueco, que es llenado con un electrón de la batería. Figura 4 Polarización directa
La polarización inversa se produce cuando el polo positivo del generador eléctrico se une al cátodo del diodo y el negativo al ánodo. En este caso el diodo no permite el paso de la corriente. El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos. El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos. El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la figura 1, indica el sentido permitido de la corriente. Figura 5 Polarización inversa
Tiene dos electrodos que reciben el nombre de ánodo o placa y cátodo y utiliza, entre otras, las propiedades rectificadoras de una unión entre los materiales tipos P y N de un semiconductor. Estos símbolos se pueden representar dentro de un círculo. Diodo rectificador Símbolo del diodo Simbología / Símbolos electrónicos de diodos SÍMBOLO DESCRIPCIÓN SÍMBOLO DESCRIPCIÓN Diodo, rectificador Símbolo genérico Diodo, rectificador Símbolo genérico Diodo, rectificador Diodo zener Símbolo genérico Diodo zener Diodo zener Diodo zener Diodo zener Diodo Pin Diodo Pin Diodo Tunel Diodo Tunel
Diodo rectificador tunel Diodo Snap Diodo de recuperación de paso Diodo varicap / Varactor Diodo varicap / Varactor Diodo varicap / Varactor Diodo de voltaje variable Diodo Schottky Diodo Schottky Diodo supresor de tensión Diodo supresor de tensión Diodo de corriente constante Diodo sensible a la temperatura Diodo emisor láser Diodo sensible al magnetismo Foto-diodo Foto-diodo bidireccional Foto-diodo de cátodo común Foto-diodo de cátodo común Diodo emisor de luz - LED Diodo emisor de luz - LED Bicolor, depende de la polaridad
En la gráfica se aprecian claramente diferenciadas las diversas regiones de funcionamiento explicadas en el apartado anterior: Región de conducción en polarización directa (PD). Región de corte en polarización inversa (PI). Región de conducción en polarización inversa. Por encima de 0 Voltios, la corriente que circula es muy pequeña, hasta que no se alcanza la tensión de barrera (VON). El paso de conducción a corte no es instantáneo: a partir de VON la resistencia que ofrece el componente al paso de la corriente disminuye progresivamente, hasta quedar limitada sólo por las resistencias internas de las zonas P y N. La intensidad que circula por la unión aumenta rápidamente. En el caso de los diodos de silicio, VON se sitúa en torno a 0,7 V. Cuando se polariza con tensiones menores de 0 Voltios, la corriente es mucho menor que la que se obtiene para los mismos niveles de tensión que en directa, hasta llegar a la ruptura, en la que de nuevo aumenta. Una explicación más profundizada La curva característica de un Diodo es la representación gráfica de la intensidad de corriente que circula (ID) por el voltaje que existe entre sus extremos (VD). Si la gráfica resultante es una línea recta, el dispositivo es lineal y en caso contrario no lineal. Figura 7 Estructura de un diodo LED Gráfica 1 Característica V-I de un diodo de unión PN.
La ecuación matemática de esta curva es: La polarización directa la corriente crece de forma exponencial hasta que la polarización anula la barrera de potencial de la unión PN en el diodo, la tensión a la que esto ocurre se denomina tensión umbral ( Vγ). Para un diodo de silicio la tensión umbral es de 0,7 V). Para un diodo de silicio la tensión umbral es de 0,7 V aproximadamente. | 14 Ecuación 2 Curva característica Grafica 2 Partes de la curva Gráfica 3 Tensión Umbral
En polarización inversa En inversa tenemos corrientes negativas y pequeñas. A partir de -1 V se puede despreciar la e y queda aproximadamente I = -IS, que es muy pequeña aunque no se ha tenido en cuenta la corriente de fuga (If), con ella sería: I = -(IS + If) A partir de -1 V si no existiera corriente de fuga tendríamos una corriente pequeña y horizontal. Si sigue aumentando la tensión inversa se llegará a un valor de ruptura, en este ejemplo a VR = -50 V aparece la avalancha esta tensión el diodo se destruye a menos que sea especialmente fabricado. Corriente superficial de fugas Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas. FORMAS DE CONEXIONADO Gráfica 6 Curva de polarización inversa
Los diodos deben conectarse de la forma correcta, el diagrama puede ser etiquetado como (+) para el ánodo y (–) para el cátodo. El cátodo es marcado por una línea pintada sobre el cuerpo del diodo. Los diodos están rotulados con su código en una pequeña impresión, puede que necesites una lupa potente para leer esta etiqueta sobre diodos de pequeña señal. Los diodos de pequeña señal pueden dañarse por calentamiento cuando se suelden, pero el riesgo es pequeño a menos que estés usando un diodo de germanio (su código comienza con OA...) en cuyo caso deberías usar un disipador de calor enganchado al terminal entre la unión y el cuerpo del diodo. Un simple terminal metálico de tipo cocodrilo puede ser usado como disipador de calor. Los diodos rectificadores son bastante más robustos y no es necesario tomar precauciones especiales para soldarlos. Prueba de diodos Puedes usar un multímetro o un sencillo tester (batería, resistencia y LED) para verificar que un diodo conduzca en una dirección pero no en la otra. Una bombilla puede usarse para comprobar un diodo rectificador, pero NO USES una bombilla para probar un diodo de señal porque la gran corriente que podría pasar destruiría el diodo. Figura 8 Diodos Figura 9 Varios diodos semiconductores, abajo: un puente rectificador. En la mayoría de los diodos, el terminal cátodo se indica pintando una franja blanca o negra.
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. 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. 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. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo. Polarización directa (Vi > 0) En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes de salida y de entrada son iguales, la intensidad de la corriente puede calcularse Mediante la ley de ohm. Polarización inversa (Vi < 0) Figura 11 Circuito rectificador de media onda
En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No existe corriente por el circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda la tensión de entrada estará en los extremos del diodo Vo = 0 Vdiodo = Vi Tensión rectificada RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. Grafica 7 Forma de onda en la salida del Circuito Rectificador de Media Onda
