ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

DEBER DE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

APLICACIONES DE LOS DIODOS

NOMBRE:

Paola Lema

SEMESTRE:

Cuarto

PARALELO:

Figura 1.1. Símbolo de un diodo Schottky

GR-5

DIODO SCHOTTKY

Sus principales características son: una caída de voltaje muy baja en polarización directa, y velocidades de conmutación que se acercan a cero, lo hacen ideal para fuentes de poder 'switching' [en inglés: Switch Mode Power Supply (SMPS)]. Esta última característica ha estimulado su uso en aplicaciones de alta frecuencia incluyendo señales de muy baja potencia y aplicaciones de conmutación con diodos de menos de 100 picosegundos.

El tiempo de recuperación inverso de los diodos Schottky es extremadamente rápido (pero suave). El tiempo de recuperación mostrado por estos diodos es principalmente determinado por la capacitancia más que la recombinación de portadores minoritarios como en un diodo rectificador convencional de juntura PN. Estas características le proporcionan al diodo Schottky una corriente inversa muy pequeña cuando se cambia la polarización de directa a inversa (modo de bloqueo).

Para algunas aplicaciones, los diodos Schottky están limitados en los rangos de bloqueo de voltaje de polarización inversa comparados con los dispositivos convencionales de juntura PN. Sin embargo con una selección adecuada muchas aplicaciones pueden ser optimizadas con rectificadores Schottky; muchas veces esto dispositivos exceden los 100V en su voltaje pico inverso (V RWM).A continuación, las especificaciones generales de un diodo de barrera Schottky de la serie STPS10H100CT/CG/CR/CFP de ST Semiconductor (High Voltage Power Schottky Rectifier)

DIODOS L ASER

Laser es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Las aplicaciones de estos diodos son muy diversas y cubren desde el corte de materiales con haces de gran energía hasta la transmisión de datos por fibra óptica. Los diodos láser son constructivamente diferentes a los diodos LED normales. Las características de un diodo láser son:

La emisión de luz es dirigida en una sola dirección: Un diodo LED emite fotones en muchas direcciones. Un diodo láser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz preferencial una sola dirección.

La emisión de luz láser es monocromática: Los fotones emitidos por un láser poseen longitudes de onda muy cercanas entre sí. En cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

Debido a estas dos propiedades, con el láser se pueden conseguir rayos de luz monocromática dirigidos en una dirección determinada. Como además también puede

Figura 3.1. Corte esquemático de la emisión de luz en diodos LED y láser

Figura 3.2. Intensidad de luz en función de la longitud de onda para diodos LED y láser

controlarse la potencia emitida, el láser resulta un dispositivo ideal para aquellas operaciones en las que sea necesario entregar energía con precisión.

Una de las muchas aplicaciones de los diodos láser es la de lectura de información digital de soportes de datos tipo CD-ROM o la reproducción de discos compactos musicales. El principio de operación de uno y otro es idéntico. Todos los láseres de diodo están construidos con materiales semiconductores, y tienen las propiedades características de los diodos eléctricos. Por esta razón reciben nombres como:Láseres de semiconductor - por los materiales que los componen  Láseres de diodo - ya que se componen de uniones p-n como un diodo.Láseres de inyección - ya que los electrones son inyectados en la unión por el voltaje aplicado.

De hecho, la familia actual de láseres de diodo es utilizada en productos de alto consumo como: CD -Compact Discs, Impresoras Láser, Escáneres y comunicaciones ópticas. 

Curva I-V de un Diodo Láser 

Si la condición requerida para la acción láser de inversión de población  no existe, los fotones serán emitidos por emisión espontánea. Los fotones serán emitidos aleatoriamente en todas las direcciones, siendo ésta la base de los LED - diodo emisor de luz. La inversión de población sólo se consigue con un bombeo externo. Aumentando la intensidad de la corriente aplicada a la unión p-n, se alcanza el umbral de corriente necesario para conseguir la inversión de población.El umbral e corriente para el efecto láser viene determinado por la intersección de la tangente de la curva con el eje X que indica la

Figura 3.12. Potencia de emisión de un diodo láser en función de la corriente aplicada.

corriente (esta es una buena aproximación) Cuando el umbral de corriente es bajo, se disipa menos energía en forma de calor, con lo que la eficiencia del láser aumenta. En la práctica, el parámetro importante es la densidad de corriente, medida en A/cm2, de la sección transversal de la unión p-n.

Ventajas de los diodos láser Son muy eficientes (más del 20% de la energía suministrada se consigue en forma de

radiación láser) Son muy fiables Tienen vidas medias muy largas (¡estimadas en más de 100 años de operación

continua!).  Son muy baratos (se construyen con técnicas de producción en masa utilizadas en la

industria electrónica) Permiten la modulación directa de la radiación emitida, simplemente controlando la

corriente eléctrica a través de la unión p-n. La radiación emitida es función lineal de la corriente, pudiéndose modular a décimas de GHz.

DIODO PI N

Un diodo PIN es un dispositivo semiconductor que funciona como una resistencia variable en RF y frecuencias de microondas. El valor de resistencia de los PIN de diodo se determina sólo por el avance parcial de la corriente DC.En el interruptor atenuador y aplicaciones, el código PIN de diodo ideal debería controlar el nivel de la señal de RF sin introducir distorsiones que podría cambiar la forma de la señal de RF. Una importante característica adicional de los PIN de diodo es su capacidad para controlar las grandes señales de RF durante el uso de mucho menor dc los niveles de excitación.

El diodo PIN es un diodo que presenta una región P fuertemente dopada y otra región N también fuertemente dopada, separadas por una región de material que es casi intrínseco. Este tipo de diodos se utiliza en frecuencias de microondas, es decir, frecuencias que exceden de 1 GHz, puesto que incluso en estas frecuencias el diodo tiene una impedancia muy alta cuando está inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Además, las tensiones de ruptura están comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.

En virtud de las características del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propósitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. También se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes.

Figura 4.1. Símbolo del Diodo PIN

DIODO ESAKI/TÚNEL

El diodo túnel se llama también diodo Esaki en honor a su inventor japonés Leo Esaki.En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho más elevado que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy particular. La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta.

A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez más rápido hasta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo que los físicos denominan efecto túnel.

Para las aplicaciones prácticas del diodo túnel, la parte más interesante de su curva característica es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución de la corriente; en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión y el incremento resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que esta parte de la curva representa una "resistencia incremental negativa". Una resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia positiva.

Los diodos túnel 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.

Figura 5.1. Símbolo del Diodo Túnel/Esaki

Figura 5.3. Curva de ‘resistencia negativa’.

Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en reversa.Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.

Efecto TúnelEs un efecto mecano cuántico que consiste en que una partícula pueda atravesar una barrera de potencial sin tener energía suficiente para rebasarla por encima (en el sentido clásico ), debido a que la probabilidad de que la partícula se encuentre al otro lado de la barrera es no nula.

Es un fenómeno que no presenta analogía fuera de la mecánica cuántica, (parte de la mecánica que se encarga del estudio y teorización del comportamiento de partículas y sistemas microscópicos). La única manera de explicar este efecto es apoyándose en la naturaleza dual que parece presentar la materia, a este tamaño. Las partículas parecen comportarse, indistintamente, como ondas o como partículas (dualidad onda-corpúsculo) frente a determinadas condiciones de contorno, (restricciones que se imponen a un sistema en un determinado experimento).

Curva característica del diodo túnelEsta región de agotamiento reducida da como resultado portadores que "atraviesan perforando" a velocidades que exceden en mucho a las disponibles con medios convencionales. El diodo túnel puede, por canto, usarse en aplicaciones de alta velocidad, como computadoras, en las cuales se desean tiempos de conmutación del orden de nanosegundos o picosegundos.

Los materiales semiconductores utilizados con mayor frecuencia en la fabricación de diodos túnel son el germanio y e¡ arseniuro de galio. La relación Ip/Iv es muy importante para las aplicaciones de computadora. Por lo general, para el germanio es 10:1, y para el arseniuro de galio es cercana a 20:1.

Figura 5.4. Efecto túnel

La corriente pico, Ip, de un diodo túnel puede variar desde unos cuantos microamperios a varios cientos de amperes. Sin embargo, el voltaje pico está limitado a cerca de 600 mV. Por esta razón, un simple VOM con un potencial de balería de interno de 1.5 V puede dañar severamente un diodo túnel si se aplica en forma inadecuada.Los diodos de efecto túnel son dispositivos muy versátiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una región de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado.

DIODO VARICAP/VARACTOR

Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una capacitancia que aparece entre sus terminales.

Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que su funcionamiento sea similar al de un capacitor y tengan una característica capacitancia-tensión dentro de límites razonables- Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye- Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta

Figura 5.6. Curva característica del diodo Túnel

Figura 6.1 Símbolo del diodo varicap o varactor

Los diodos VARICAP se utilizan en la mayoría de los circuitos electrónicos sustituyendo a los condensadores variables. Su tamaño es mucho menor y al ser un dispositivo estático está mucho menos expuesto a posibles averías. El control de su capacidad se realiza mediante una tensión variable, por lo que son insustituibles en determinados circuitos tales como los sintetizadores de frecuencia, circuitos que son de amplia utilización en multitud de equipos electrónicos.

FOTODIODOS DE AVALANCHA (APD)

Esta clase de fotodiodos genera una cascada de portadores en movimiento a partir de la incidencia de un fotón, con lo que amplifican la señal durante el proceso de fotodetección.

En su forma básica, un APD es un diodo pin con una fuerte polarización inversa (puede llegar a ser del orden de miles de Voltios frente a los 3V de un fotodiodo convencional). La principal diferencia estructural es que la zona intrínseca se dopa ligeramente de tipo p y se la renombra como capa π. Típicamente es más ancha que una zona i y se diseña de forma que el campo eléctrico a través de ella sea lo más uniforma posible.  Resumiendo las características de los APD, se puede decir que la alta sensibilidad es uno de los motivos fundamentales para su utilización, pues un solo fotón puede generar una señal detectable por el circuito asociado. La velocidad de respuesta va a estar limitada, como en casos anteriores, por el tiempo del transitorio y los efectos RC.

Este tipo de fotodiodo estará especialmente indicado en aquellas aplicaciones en las que la sensibilidad sea lo más importante, como por ejemplo en aquellas en que se requiera un área extensa de detección o efectuar ésta a larga distancia. Sin embargo, si lo que se pretende es aunar la velocidad con la sensibilidad, es más útil utilizar fotodiodos pin con pre amplificación.

Bibliografía http://www.infoab.uclm.es/labelec/Solar/Otros/Infrarrojos/fotodetectores.htm

[fotodiodos] http://www.unicrom.com/Tut_diodo_varactor.asp http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/Hbase/optmod/lasgas.html#c http://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode