Diodos - Aplicacion

UNIVERSIDAD NACIONAL TORIBIO RODRIGUEZ DE MENDOZA

DIODOS Y APLICACIONES

PRACTICA N 02

DIODOS Y APLICACIONESI. INTRODUCCIN Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente elctrica en una sola direccin similar a un interruptor. De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial y por encima de ella como un corto circuito con muy pequea resistencia elctrica. Se les suele denominar rectificadores ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento est basado en los experimentos de Lee De Forest. Los primeros diodos eran vlvulas grandes en chips o tubos de vaco, tambin llamadas vlvulas termoinicas constituidas por dos electrodos rodeados de vaco en un tubo de cristal. El invento fue por Fleming, los tubos de vaco tienen un filamento (el ctodo) a travs del que circula la corriente, calentndolo por efecto Joule. El filamento est tratado con xido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vaco circundante; electrones que son conducidos electrostticamente hacia una placa caracterstica corvada por un muelle doble cargada positivamente (el nodo), producindose as la conduccin. Evidentemente, si el ctodo no se calienta, no podr ceder electrones. Por esa razn los circuitos que utilizaban vlvulas de vaco requeran un tiempo para que las vlvulas se calentaran antes de poder funcionar y las vlvulas se quemaban con mucha facilidad. II. OBJETIVOS: Familiarizar al estudiante con los con los diferentes tipos de diodos. Conocer las funciones y aplicaciones de un diodo. Identificar e interpretar las curvas y smbolos de los diodos. III. MARCO TEORICO Diodo, componente electrnico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los diodos ms empleados en los circuitos electrnicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El ms sencillo, el diodo con punto de contacto de germanio, se cre en los primeros das de la radio. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minscula placa de cristal van montados dentro de un pequeo tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo. Los diodos de unin constan de una unin de dos tipos diferentes de material semiconductor. El diodo Zener es un modelo especial de diodo de unin, que utiliza silicio, en el que la tensin en paralelo a la unin es independiente de la corriente que la atraviesa. Debido a esta caracterstica, los diodos Zener se utilizan como reguladores de tensin. VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 1



Por otra parte, en los diodos emisores de luz (LED, acrnimo ingls de Light-Emitting Diode), una tensin aplicada a la unin del semiconductor da como resultado la emisin de energa luminosa. Los LED se utilizan en paneles numricos como los de los relojes digitales electrnicos y calculadoras de bolsillo. IV. MATERIALES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Diodo Unin Diodo Zener Diodo Schottky Diodo Laser Diodo Emisor de luz (led) Diodo Efecto Tnel Diodo Avalancha Diodo Rectificador Fotodiodo Diodo p-i-n Diodo Varicap o Diodo Varactor

V. PROCEDIMIENTO: El procedimiento de esta practica se basan en reconocer y definir un diodo en sus diferentes tipos, determinar cuales on sus funciones y aplicaciones, as como son sus compartimientos, smbolos, entre otras: A. RECONOCIMENTO DE LOS TIPOS DEDIODOS Esta etapa consiste en identificar los conceptos y aplicaciones de los distintos tipos de diodos presentes: 1. DIODO ZENER a) DEFINICION: El diodo Zener es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de la resistencia de carga y temperatura. Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. b) CARACTERSTICA: Si a un diodo Zener se le aplica una corriente elctrica de nodo al Ctodo toma las caractersticas de un diodo rectificador bsico. Pero si se le suministra una corriente inversa, el diodo solo dejara pasar un voltaje constante. En conclusin el diodo Zener debe ser polarizado al revs para que adopte su caracterstica de regulador de tensin.

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EFECTO ZENER El efecto zener se basa en la aplicacin de tensiones inversas que originan, debido a la caracterstica constitucin de los mismos, fuertes campos elctricos que causan la rotura de los enlaces entre los tomos dejando as electrones libres capaces de establecer la conduccin. Su caracterstica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensin inversa nominal y superando la corriente a su travs un determinado valor mnimo, la tensin en bornas del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por l. c) FUNCIONAMIENTO

d) APLICACIONES La aplicacin de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensin y acta como dispositivo de tensin constante (como una pila). e) CARACTERISTICAS Tres son las caractersticas que diferencian a los diversos diodos Zener entre si: VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 3



a.- Tensiones de polarizacin inversa, conocida como tensin zener.- Es la tensin que el zener va a mantener constante. b.- Coriente mnima de funcionamiento.- Si la corriente a travs del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensin en sus bornas c.- Potencia mxima de disipacin. Puesto que la tensin es constante, nos indica el mximo valor de la corriente que puede soportar el Zener. Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensin en sus bornas a un valor llamado tensin de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor minimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener mxima que puede disipar. Si superamos el valor de esta corriente el zener se destruye. f) FIGURA Y SIMBOLO Smbolo: Grafica:

g) CURVA DEL DIODO ZENER Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensin de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeo, pudiendo considerarse constante. Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta regin se le llama la zona operativa. Esta es la caracterstica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variacin de corriente. Ver el grfico. 2. DIODO EMISOR DE LUZ(LED) a) DEFINICIN Un led (Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado como VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 4



un componente electrnico en 1962, los primeros ledes emitan luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Cuando un led se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor. Por lo general, el rea de un led es muy pequea (menor a 1 mm), y se pueden usar componentes pticos integrados para formar su patrn de radiacin. Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente como un consumo de energa mucho menor, mayor tiempo de vida, tamao ms pequeo, gran durabilidad y fiabilidad. Los ledes que pueden iluminar un cuarto son relativamente costosos y requieren una corriente ms precisa y una proteccin trmica a comparacin de las lmparas fluorescentes. b) APLICACIONES A la fecha, los LEDs han penetrado en una serie de mercados de iluminacin y han permitido el desarrollo de otros mercados. La mayor penetracin ha sucedido en reas que utilizan LEDs de color (monocromticos). La tecnologa del LED de color ya es madura y por lo tanto est lista para entrar al mercado. Adems, la diferencia comparada con las incandescentes de color en trminos de eficiencia lumnicas es muy apreciable como: Iluminacin en vehculos Los LEDs ya se han utilizado durante aos para luces de color (freno e intermitente) en una limitada variedad de vehculos. Las ve ntajas sobre la tecnologa incandescente incumbente incluye la eficiencia superior, mayor potencia de luz (ms brillante), mayor vida til (posiblemente mayor a la del vehculo), mayor solidez, mayor seguridad (alcanza su brillo mximo rpidamente) y mayores posibilidades de estilo (IEA 2006). Los LEDs blancos ya son utilizados para lmparas de da y estn hechas para ser utilizadas en los faros delanteros en un futuro cercano (Whitaker 2007a). Alumbrado pblico y semforos Los LEDs se utilizan de manera exitosa tanto en semforos como en seales peatonales. En los Estados Unidos se estima que todas las seales de trnsito que utilizan LED requieren el 11% de la energa que utilizan las seales incandesc entes convencionales. El marcado aument en la longevidad de los LEDs lo que los hace ms atractivos para estas aplicaciones ya que el cambio de las lmparas de los semforos ocasiona interrupciones y cuesta importantes sumas de dinero. Iluminacin arquitectnica, publicitaria y decorativa Los LEDs ya se utilizan para iluminar edificios y estructuras (incluyendo, por ejemplo, la Torre Eiffel). La produ ccin de colores brillantes, solidez y longevidad los hacen una opcin muy atractiva. Los LEDs estn remplazando lmparas de nen para publicidad. VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 5



Pantallas electrnicas Los LEDs blancos son ampliamente utilizados para las luces de fondo de pantallas en aparatos electrnicos mviles como los telfonos celulares, palms y cmaras digitales. Para el 2004 el 75% de los telfonos celulares vendid os a nivel mundial utilizaban LEDs blancos (IEA 2004). A los LEDs tambin se los considera la tecnologa del futuro para las pantallas LCD, por su eficiencia y rendimiento (Semenza 2007). c) CARACTERISTICAS La iluminacin por LED promete una variedad de beneficios sobre otras fuentes de luz: ??? Mayor eficiencia ??? Potencialmente superior a todas las fuentes comunes de luz ??? Mayor longevidad ??? Con beneficios que incluyen bajos costos de mantenimiento ??? Mayor control de distribucin de la luz ??? Los LEDs emiten luz en una direccin que luego puede esparcirse (mejor que otras fuentes de las cuales la luz se emite hacia todas direcciones y debe ser reflejada hacia la direccin deseada) Iluminacin Eficiente: primer paso hacia una [r]evolucin energtica ??? Mayor control cromtico (color) ??? Gran variedad de colores posibles con variedad de LEDs ??? Respuesta y control ms rpidos ??? Los LEDs no necesitan calentarse y se pueden atenuar completamente. ??? Durabilidad superior ??? Al ser dispositivos en estado slido, los LEDs son rgidos, sin componentes frgiles. ??? Gran variedad de temperaturas de operacin ??? Los LEDs funcionan de manera muy eficiente a bajas temperaturas, a diferencia de las lmparas fluorescentes. ??? Baja generacin de calor ??? Los productos son ms fros que las alternativas. ??? Sin Mercurio ??? An no se ha identificado un riesgo toxicolgico equivalente con respecto a las unidades fluorescentes de iluminacin. ??? Sin emisiones UV en los LEDs blancos ??? Beneficios potenciales en la salud versus la iluminacin fluorescente, para algunas personas. ??? Imitacin de la Luz de Da ??? Se especula que la iluminacin LED eventualmente imitar la luz natural del da permitindole a la luz artificial acercarse ms a los ritmos circadianos. Esto adems podra ayudar a prevenir trastornos afectivos estacionales (TAE) y fomentar la productividad en las oficinas durante el da.


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d) FIGURA Y SIMBOLO

Smbolo del diodo LED e) PARTES DEL LED Composicin De Los Led Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo, entre otros. LED rojo: Formado por GaP consiste en una unin p-n obtenida por el mtodo de crecimiento epitaxial del cristal en su fase lquida, en un substrato. La fuente luminosa est formada por una capa de cristal p junto con un complejo de ZnO, cuya mxima concentracin est limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de LED funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizndose como dispositivo de visualizacin en equipos porttiles. El constituido por GaAsP consiste en una capa p obtenida por difusin de Zn durante el crecimiento de un cristal n de GaAsP, formado en un substrato de GaAs, por el mtodo de crecimiento epitaxial en fase gaseosa. Actualmente se emplea los LED de GaAlAs debido a su mayor luminosidad. El mximo de radiacin se halla en la longitud de onda 660 nm. 3. FOTODIODO a) DEFINICION Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unin PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producir una cierta circulacin de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construccin, los fotodiodos se comportan como clulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensin muy pequea con el positivo en el nodo y el negativo en el ctodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad. Principio de operacin Un fotodiodo es una unin PN o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energa llega al diodo, excita un electrn dndole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorcin ocurre en la zona de agotamiento de la unin, o a una distancia de difusin de l, estos portadores son retirados de la unin por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente. Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz.


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Fotodiodos de avalancha Tienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados al ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo. b) APLICACIONES

c) CARACTERISTICAS

d) IMAGEN Y SIMBOLO

Luz incidente

Sentido de la corriente generada VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 8



4. DIODO DE EFECTO TNEL a) DEFINICION El Diodo tnel es un diodo semiconductor que tiene una unin pn, en la cual se produce el efecto tnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la caracterstica corriente-tensin. La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilizacin como componente activo (amplificador/oscilador). Tambin se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre que descubri que una fuerte contaminacin con impurezas poda causar un efecto de tunelizacin de los portadores de carga a lo largo de la zona de agotamiento en la unin. Una caracterstica importante del diodo tnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarizacin directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo tnel 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 estn relativamente libres de los efectos de la radiacin. b) CARACTERISTICAS Los diodos de efecto tnel. Son dispositivos muy verstiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una regin de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarizacin directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado. Estos dispositivos presentan una caracterstica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensin aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminucin de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva caracterstica del diodo). Este fenmeno de resistencia negativa es til para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una seal senoidal a partir de la energa que entrega la fuente de alimentacin. DIODOS DE RECUPERACI N EN ESCAL N

El diodo de recuperacin de escaln tiene un dopado especial, ya que la densidad de los portadores disminuye cuanto ms cerca est de la unin de las secciones de semiconductor. Esta distribucin poco comn de portadores, genera un fenmeno conocido como desplome en inversa . Si se aplica una tensin de corriente alterna en las terminales del dispositivo durante los semiciclos positivos de la onda de corriente alterna, el diodo se comporta igual que un diodo rectificador comn. Pero durante los semiciclos negativos, la corriente inversa aparece slo durante un tiempo muy corto, reducindose repentinamente hasta cero.


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c) IMAGEN Y SIMBOLO

Vp: Tensin pico Vv: Tensin de valle Ip: Corriente pico Iv: Corriente de valle La regin en el grfico en que la corriente disminuye cuando la tensin aumenta (entre Vp y Vv) se llama "zona de resistencia negativa"

5. EL DIODO LASER a) DEFINICION Los Diodos lser, emiten luz por el principio de emisin estimulada, la cual surge cuando un fotn induce a un electrn que se encuentra en un estado excitado a pasar al estado de reposo, este proceso esta acompaado con la emisin de un fotn, con la misma frecuencia y fase del fotn estimulante. Para que el numero de fotones estimulados sea mayor que el de los emitidos de forma espontnea, para que se compensen las perdidas, y para que se incremente la pureza espectral, es necesario por un lado tener una fuerte inversin de portadores, la que se logra con una polarizacin directa de la unin, y por el otro una cavidad resonante, la cual posibilita tener una trayectoria de retroalimentacin positiva facilitando que se emitan mas fotones de forma estimulada y se seleccione ciertas longitudes de onda haciendo mas angosto al espectro emitido. La presencia de una inversin grande de portadores y las propiedades de la cavidad resonante hacen que las caractersticas de salida (potencia ptica como funcin de la corriente de polarizacin) tenga un umbral a partir del cual se obtiene emisin estimulada, el cual es funcin de la temperatura. Un diodo lser es diferente en este aspecto, ya que produce luz coherente lo que significa que todas las ondas luminosas estn en fase entre s. La idea bsica de un diodo lser consiste en usar una cmara resonante con espejos que refuerza la emisin de ondas luminosas a la misma frecuencia y fase. A causa de esta resonancia, un diodo lser produce un haz de luz estrecho que es muy intenso, enfocado y puro. b) APLICACIONES La aplicacin bsica que se le ha dado al diodo LASER es como fuente de alimentacin lumnica para sistemas de telecomunicaciones va fibra ptica. El diodo lser es capaz de proporcionar potencia ptica entre 0.00525mW, suficiente para transmitir seales a varios kilmetros de distancia y cubren un intervalo de longitud de onda entre 920 y 1650 nm. Sin embargo para utilizar un diodo lser como fuente lumnica, es necesario disear un sistema de control que mantenga el punto de operacin del sistema fijo, debido a que un corrimiento de este punto puede sacar al diodo fuera de operacin o incluso daarlo.


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c) CARACTERISTICAS Caracterstica de salida de los diodos lser Dependencia de la caracterstica de salida como Funcin de la temperatura Los diodos lser son ms recomendables como fuentes pticas para sistemas de comunicacin con grandes separaciones entre repetidores y altas velocidades de transmisin. Se puede lograr distancias de 100Km sin repetidores con velocidades de 1 GHz. Diferencias del diodo lser con un diodo LED. LASER *Ms rpido *Potencia de salida mayor *Emisin coherente de luz *Construccin es ms compleja LED *Mayor estabilidad trmica *Menor potencia de salida, mayor tiempo de vida *Emisin incoherente *Mas econmico

*Actan como fuente s adecuadas en sistemas Se acoplan a fibras pticas en distancias cortas de de telecomunicaciones transmisin *Modulacin a altas velocidades, hasta GHz a) IMAGEN Y SIMBOLO *Velocidad de modulacin hasta 200MHz

b) PARTES DE UN DIODO LASER

Montura de un lser de diodo6. DIODO SCHOTTKY

Seccin perpendicular

a) DEFINICION El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado as en honor del fsico alemn Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy rpidas entre los estados de conduccin directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeos de 5 mm de dimetro) y muy bajas tensiones umbral (tambin conocidas como tensiones de codo, aunque en ingls se refieren a ella como "knee", o sea, de rodilla). La tensin de codo es la diferencia de potencial mnima necesaria para que el diodo acte como conductor en lugar de circuito abierto; esto, claro, dejando de lado la regin Zener, que es cuando ms bien VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 11



existe una diferencia de potencial lo suficientemente negativa para que -a pesar de estar polarizado en contra del flujo de corriente- ste opere de igual forma como lo hara regularmente. b) FUNCIONAMIENTO A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fcilmente cuando la polarizacin cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutacin puede llegar a ser muy bajo, poniendo en peligro el dispositivo. El diodo Schottky est constituido por una unin metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unin convencional semiconductor P - semiconductor N utilizada por los diodos normales. As se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor est dopado con impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones mviles) desempearn un papel significativo en la operacin del diodo y no se realizar la recombinacin aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operacin del dispositivo ser mucho ms rpida. c) CARACTERISTICAS La alta velocidad de conmutacin permite rectificar seales 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 tensin umbral valor de la tensin en directa a partir de la cual el diodo conduce de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensin umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V emplendose, por ejemplo, como proteccin de descarga de clulas solares con bateras de plomo cido. La limitacin ms 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 conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite poco gasto de energa, otra utilizacin del diodo Schottky es en variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades. El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lgica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutacin entre los transistores sean mucho menores puesto que son ms superficiales y de menor tamao por lo que se da una mejora en la relacin velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia. d) IMAGEN Y SIMBOLO

7. DIODO RECTIFICADOR a) DEFINICION En electrnica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir una seal elctrica alterna en una continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado slido, vlvulas al vaco o vlvulas gaseosas como las de vapor de mercurio. VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 12



Dependiendo de las caractersticas de la alimentacin en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofsicos, cuando estn alimentados por una fase de la red elctrica, o trifsicos cuando se alimentan por tres fases. El transformador convierte la tensin alterna de entrada en otra tensin alterna del valor deseado, esta tensin es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensin continua pulsante muy impura ya que no est filtrada ni estabilizada. En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador. Rectificador de onda completa tipo puente doble de Graetz Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, slo es necesario utilizar transformador si la tensin de salida debe tener un valor distinto de la tensin de entrada. En la Figura 3 est representado el circuito de un rectificador de este tipo.

Figura 3.- Rectificador de onda completa con puente de Graetz. Rectificador Sncrono (o sincrnico) Hay aplicaciones en las que la cada de tensin directa en los diodos (VF) causa que o que es de suma importancia en circuitos alimentados a muy baja tensin.

b) APLICACIONES PROTECCIN DE POLARIDAD Imaginemos cualquier circuito que funcione con una pila. Si invertimos la polaridad de la pila (aplicndole su polo negativo a donde debera ir el positivo y viceversa) es posible que el circuito se estropee. Todos conocemos el sistema de muelles que llevan muchos aparatos, como despertadores y walkman, para evitar que las pilas puedan colocarse de manera incorrecta, pero una solucin ms elegante (y ms recomendable para circuitos complejos) es colocar un diodo rectificador a la entrada de la alimentacin de tensin, de forma que la corriente circule por el terminal de tensin slo cuando la pila est colocada correctamente:

CONEXIN DE DOS CIRCUITOS INDEPENDIENTES


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Podemos realizar la conexin de dos circuitos aislados mediante un diodo rectificador, teniendo en cuenta lo dicho en el apartado anterior.

RECTIFICADOR DE ONDA El tipo de corriente ms frecuente en la vida real es la corriente alterna, por ser ms fcil de transportar a largas distancias. Ya se ha visto (en el apartado A) que algunas veces puede ser necesario proteger al circuito de inversiones de polaridad causadas por un despiste del usuario; por el mismo motivo puede ser necesario proteger un circuito pensado para funcionar en corriente continua de los semiciclos positivos o negativos de tensin alterna. Para conseguir esto basta con conectar el diodo en serie con el generador de alterna (y una resistencia en paralelo a ambos), obtenindose el siguiente circuito:

8. DIODO VARICAP O DIODO VARACTOR a) DEFINICION El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenmeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unin PN vare en funcin de la tensin inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensin, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo as la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensin. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensin inversa mnima tiene que ser de 1 V. La aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de TV, modulacin de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensin). En tecnologa de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensin en el diodo, su capacidad vara, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.


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VI. CUESTIONARIO 1. Qu clase de dispositivo es un diodo? Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la corriente elctrica en una nica direccin. De forma simplificada, la curva caracterstica 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 muy pequea resistencia elctrica. Un diodo es un dispositivo de estado slido que permite que la corriente fluya en una sola direccin, un proceso conocido como rectificacin. Diodos son un componente fundamental de los circuitos elctricos. Tambin se utilizan para formar otros componentes, tales como el transistor bipolar que utiliza dos diodos en serie. 2. Cmo esta polarizado un diodo que no conduce? Tiene un estado encendido, el que en teora parece ser simplemente un circuito cerrado entre sus terminales, y un estado apagado, en el que sus caractersticas terminales son similares a las de un circuito abierto. Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD (VD > 0 V) el diodo se encuentra en el estado de circuito cerrado (R= 0 ) y la corriente que circula a travs de este esta limitada por la red en la que este instalado el dispositivo. Para la polaridad opuesta (VD < 0 V), el diodo se encuentra en el estado de circuito abierto (R= ) e ID = 0 mA. La siguiente figura nos muestra los dos estados del diodo y su smbolo con el que se representa.

3. En qu zona funciona el diodo Zener? Los zener polarizados directamente se comportan como los diodos comunes de rectificacion, que son los que conducen por el anodo y bloquean la conduccion por el catodo. Los zener que se polarizan inversamente son diodos que se comportan como reguladores de tension.. solo permiten circular corriente hasta que alcancen un voltaje zener determinado.. por ejemplo puede ser 12v o 7v etc.. una vez lleguen a este voltaje se mantiene en ese valor. Los zener polarizados inversamente.. tienen una circulacion de corriente muy minima.. casi insignificante.. se le dice corriente de fuga. Una aplicacion comun de los zener es usarlos en estabilizadores de corrientes.. esos que usas para la PC.. o tambien en fuentes. 4. Con que otro nombre se le conoce a veces el diodo zener? Diodo Zener: El diodo Zener, tambin llamado diodo regulador de tensin, podemos definirlo como un elemento semiconductor de silicio que tiene la caracterstica de un diodo normal cuando trabaja en sentido directo, es decir, en sentido de paso; pero en sentido inverso, y para una corriente inversa superior a un determinado valor, presenta una tensin de valor constante. Este fenmeno de tensin constante en el sentido inverso convierte a los diodos de Zener en dipositivos excepcionalmente tiles para obtener una tensin relativamente invisible a las variaciones de la tensin de alimentacin, es decir, como dispositivos reguladores de tensin. 5. Cul es la cada de tensin tpica de un Led? VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 15



Si la corriente aplicada es suficiente para que entre en conduccin el diodo emitir una cierta cantidad de luz que depender de la cantidad de corriente y la temperatura del Led. La luminosidad aumentar segn aumentemos la intensidad pero habr que tener en cuenta la mxima intensidad que soporta el Led. Antes de insertar un diodo en un montaje tendremos que tener el color del diodo para saber la cada de tensin parmetro necesario para los clculos posteriores:

Circuito bsico en continua La resistencia de limitacin de la figura puede calcularse a partir de la frmula:

V - VledR = ------------

ISi expresamos V en voltios e I en miliamperios el valor de la resistencia vendr directamente expresado en kiloohmios. Tambin hay que tener en cuenta el calor disipado por en la resistencia, se calcula por la Ley de Joule. Ley de Joule:

Potencia = I2 RDonde I es la intensidad que atravesar al diodo y R la resistencia calculada en el apartado anterior. Asociacin de Leds Serie Los diodos se pueden conectar en serie siempre que la suma de las cadas de tensin sea menor que la tensin de alimentacin. La frmula a utilizar para el clculo de la resistencia limitadora es :

V - NVled

R = --------------I


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Donde N es el nmero de Leds conectados en serie. Paralelo Para conectar varios Leds en paralelo solo tendremos que calcular el valor para un Leds y luego los ponemos como en la figura En este caso habr que tener cuidado con la intensidad de la fuente de alimentacin que deber ser superior a la suma de todos los Leds. 6. Cul es la corriente fluctuante de un Led? Los ledes comerciales tpicos estn diseados para potencias del orden de los 30 a 60 mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 1 vatio para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metlicas para disipar el calor (vase conveccin) generado por efecto Joule. Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz en trminos de rendimiento slo, es aproximadamente 1,7 veces superior a la de la lmpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y aproximadamente 11,5 veces la de una lmpara incandescente (13 lm/W). Su eficiencia es incluso ms alta que la de la lmpara de vapor de sodio de alta presin (132 lm/W), que est considerada como una de las fuentes de luz ms eficientes. En trminos generales, pueden considerarse de forma aproximada los siguientes valores de diferencia de potencial: 7. Qu tipo de luz produce un diodo laser? Un diodo lser es diferente en este aspecto, ya que produce luz coherente lo que significa que todas las ondas luminosas estn en fase entre s. La idea bsica de un diodo lser consiste en usar una cmara resonante con espejos que refuerza la emisin de ondas luminosas a la misma frecuencia y fase. A causa de esta resonancia, un diodo lser produce un haz de luz estrecho que es muy intenso, enfocado y puro. El diodo lser tambin se conoce como lser semiconductor o tambin conocidos como lseres de inyeccin, Estos diodos pueden producir luz visible (roja, verde o azul) y luz invisible (infrarroja). VII. CONCLUSIONES Existen dispositivos de emisin de luz denominados diodos laser los cuales se insertan en los circuitos elctricos cuya aplicacin es muy variada. Un diodo seria catalogado como un rectificador de corriente alterna en continua. Un diodo permite el paso de la corriente en un solo sentido debido a las facilidades que le da el material semiconductor del cual esta echo. Los diodos LED se utilizan como fuente e iluminacin de diferentes artefactos como luces de seales entre otros. VIII. REFERENCIAS http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_l%C3%A1ser http://www.unicrom.com/Tut_shottky_tunnel.asp http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/aplicacionesdiodorec.htm http://www.buenastareas.com/temas/aplicaciones-del-simbolo-diodo-shockley/120 VALDIVIA RAMOS Elder Roiser / Circuitos y Mquinas Elctricas / VII Ciclo Pgina 17

Diodos - Aplicacion

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