FUNDAMENTOS DE ELECTRNICA

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CAPTULO ITEORA DE SEMICONDUCTORES1.- Semiconductor

Entre los materiales conductores, que permiten una circulacin generosa de corriente por presentar una resistencia relativamente baja, y los materiales aislantes, que no permiten la circulacin de corriente, nos encontramos una gama de materiales con propiedades propias que denominamos semiconductores ellos tienen una conductividad que vara con la temperatura, pudiendo comportarse como conductores o como aislantes.Todos semiconductores se caracterizan porque en su ltima capa de electrones de su estructura atmica poseen cuatro (4) electrones (son tetravalentes) llamados electrones de valencia.El elemento semiconductor ms usado es el Silicio (Si), pero hay otros semiconductores como el Germanio (Ge) que tambin son usados en la fabricacin de circuitos. El silicio est presente de manera natural en la arena por lo que se encuentra con abundancia en la naturaleza. Adems, el Si presenta propiedades mecnicas y elctricas buenas. Su purificacin es relativamente sencilla (llegndose a Si puro del 99,99999%) y el Si se presta fcilmente a ser oxidado, formndose SiO2 y constituyendo un aislante que se utiliza en todos los transistores de la tecnologa CMOS. Aunque idntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd) de la tabla peridica. De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear tambin el azufre.

En la tabla # 1 se muestra algunos elementos pertenecientes a los grupos II, III, IV, V, VI de la tabla peridica.Estos elementos tienen una estructura ms estable si comparten electrones, formando enlaces covalentes, de forma que al compartir estos electrones con tomos vecinos todos ellos tengan en la ltima capa ocho electrones, situacin que es muy estable.ElementoGrupoElectrones enla ltima capa

CdII A2 e-

Al, Ga, B, InIII A3 e-

Si, GeIV A4 e-

P, As, SbV A5 e-

Se, Te, (S)VI A6 e-

Tabla #1Esto hace que se forme una malla de tomos que se denomina red cristalina. El diamante es un ejemplo de este tipo de estructura cristalina formada por tomos de carbono. El silicio, el germanio y el arseniuro de galio forman redes similares ver Figuras 1a y 1b.Un cristal est formado por un conjunto de tomos muy prximos entre s dispuestos espacialmente de forma ordenada de acuerdo con un determinado patrn geomtrico. La gran proximidad entre los tomos del cristal hace que los electrones de su ltima capa sufran la interaccin de los tomos vecinos. Fig. 1a.- Red Cristalina de Silicio (Si) Fig. 1b.- Red Cristalina de Arseniuro de Galio (AsGa)

Fuente: www.ele.uva.esEn estas condiciones todos los electrones tienen su lugar en la red, as que estos materiales no permiten la movilidad de electrones y por lo tanto son aislantes.Un aumento en la temperatura hace que los tomos en un cristal por ejemplo de silicio vibren dentro de l, a mayor temperatura mayor ser la vibracin. Con lo que un electrn se puede liberar de su rbita, lo que deja un hueco, que a su vez atraer otro electrn, y as sucesivamente. En la figura 2a se puede observar un cristal de silicio antes del aumento de la temperatura y en la figura 2b el cristal de silicio despus de un aumento de temperatura donde se produce la creacin de el hueco y del electrn libre por el rompimiento de los enlaces covalentes del cristal. A 0 K, todos los electrones son ligados. A 300 K o ms, aparecen electrones libres.(a) (b)Fig. 2a.- Cristal de Silicio (Si) antes del aumento de la temperatura. Fig. 2b.- Cristal de Silicio (Si) despus del aumento de la temperatura.

Fuente: www.rincondelvago.comLa unin de un electrn libre y un hueco se llama "recombinacin", y el tiempo entre la creacin y desaparicin de un electrn libre se denomina "tiempo de vida".

2.- Banda de Energa y Conductividad Elctrica del CristalEl nivel energtico de cada electrones puede estar situado en la "banda de valencia" o en la "banda de conduccin" del cristal. Un electrn que ocupe un nivel dentro de la banda de valencia est ligado a un tomo del cristal y no puede moverse libremente a travs de l, mientras que si el nivel ocupado pertenece a la banda de conduccin, el electrn puede moverse libremente por todo el cristal, pudiendo formar parte de una corriente elctrica.

Entre la banda de valencia y la de conduccin existe una "banda prohibida", cuyos niveles no pueden ser ocupados por ningn electrn del Cristal. La magnitud de ese banda prohibida son permite definir otra diferencia entre los semiconductores, aislante y conductores.En la figura 3 se puede observar la estructura de los niveles o bandas de energa segn el tipo del material. La magnitud de la banda prohibida (Eg) de algunos semiconductores son: para el Silicio (Si) es aproximadamente de 1,11 eV, Germanio (Ge) de 0,67 eV, Arseniuro de Galio (AsGa) de 1,43 eV, Telurio de 0,33 eV, Galena (SPb) de 0,37 eV, Antimoniuro de Indio (SbIn) de 0,23 eV.

Fig. 3 Estructura de las bandas de energa de un Aislante, un Semiconductor y un ConductorFuente: El Autor

Para que la conduccin de la electricidad sea posible es necesario que haya electrones en la capa de conduccin, as podemos considerar tres situaciones: Los conductores, en los que ambas bandas de energa se superponen.

Los aislantes, en los que la diferencia existente entre las bandas de energa, del orden de 6 eV impide, en condiciones normales el salto de los electrones.

Los semiconductores, en los que el salto de energa es pequeo, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energa pueden conducir la electricidad; pero adems, su conductividad puede regularse, puesto que bastar disminuir la energa aportada para que sea menor el nmero de electrones que salte a la banda de conduccin; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante, o ms propiamente, poco variable con la temperatura. Es importante notar que la conductividad elctrica de los semiconductores es directamente proporcional a la temperatura, y por ello se afirma que su coeficiente trmico de conductividad es positivo, a diferencia de los metales cuyo coeficiente trmico de conductividad es negativo.

Estos coeficientes son positivos, al aumentar la temperatura la resistividad de los metales aumenta o, en forma equivalente, su conductividad disminuye.Por lo contrario, a temperaturas normales (aprox. 25C), la conductividad de los semiconductores aumenta en un 5% por cada grado de incremento en la temperatura.

NOTA: No debe confundirse la resistividad del material con la resistencia del mismo. La resistividad es una propiedad caracterstica de cada material, mientras que la resistencia depende de la forma geomtrica.La corriente en los conductores se debe al movimiento de los electrones libres mientras que en los semiconductores se debe al movimiento de los electrones libre y los huecos.

3.- Tipos de Semiconductores3.1 Semiconductores IntrnsecoSon los cristales semiconductores puros. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energa trmica. En ellos, el nmero de huecos es igual al nmero de electrones y es funcin de la temperatura del cristal. La conductividad en ellos a una temperatura ambiente no suele ser muy alta, y la cantidad de electrones libres es igual a la cantidad de huecos presente en el cristal debido al fenmeno de recombinacin. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creacin de pares e-h, y de recombinacin se igualan, de modo que la concentracin global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo n la concentracin de electrones (cargas negativas) y p la concentracin de huecos (cargas positivas), se cumple que:

(1)Siendo ni la concentracin intrnseca del semiconductor, funcin exclusiva de la temperatura. Si se somete el cristal a una diferencia de tensin, se producen dos corrientes elctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conduccin, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tendern a saltar a los huecos prximos, originando una corriente de huecos en la direccin contraria al campo elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conduccin.

(2)

Donde:

B: Constante del material semiconductor especificoEg: Es la magnitud del nivel de energa entre banda

T: Temperatura en grado Kelvin (K)

k : Constante de Boltzmann 86*10-6 eV/ K

La constante del material para el Silicio (Si) es 5,23*1015 cm-3K-3/2, para el Arseniuro de Galio (GaAs) es 2,10*1014 cm-3K-3/2 y para el Germanio (Ge) es de 1,66 cm-3K-3/2.3.2.- Semiconductores Extrnseco

Para aumentar la conductividad en un semiconductor intrnseco se somete al semiconductor a un proceso de dopado, el cual consiste en agregar de una forma controlada tomos o impurezas para cambiar sus caractersticas elctricas y as convertirlo en extrnseco y dependiendo del tipo de impurezas o tomos aadidos podemos tener dos tipos de semiconductores extrnsecos.3.2.1.- Semiconductores Extrnseco Tipo N Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le han aadido tomos o impurezas pentavalentes (5 electrones de valencia), entre las podemos que mencionar Fsforo (P), arsnico (As), Antimonio (Sb), las cuales son llamadas tambin impurezas donadoras las cuales aaden un electrn libre a al cristal a temperatura ambiente ya que los cuatros restantes formaron enlace covalente con los tomos vecinos del semiconductor. Ellas introducen un nivel donador entre la banda de valencia y la banda de conduccin pero mas cercano a esta ltima.

En ellos a una temperatura cualquiera existirn ms electrones que huecos, los cuales sern llamados portadores mayoritarios a los electrones y portadores minoritarios a los huecos en este caso. En la figura 4 se puede ver un cristal de silicio al cual se le a aadido un tomo de fsforo (P) el cual genera un electrn libre.

Fig. 4.- Cristal de Silicio contaminado con tomos de Fsforo (Liberacin de un electrn) y tomos de Boro (Absorcin de un electrn). Fuente: www.acapomil.clEn la figura 5 se muestra el nuevo nivel de energa de un semiconductor con tomos donadores (por ejemplo P en Si), el nivel dador se encuentra justo por debajo de la banda de conduccin. Los electrones () son promocionados fcilmente a la banda de conduccin. El semiconductor es de tipo-n.

Fig. 5. Nivel donador o dador introducido por los tomos pentavalentes Fuente: www.cpi.uc.edu.ve3.2.2.- Semiconductores Extrnseco Tipo P Es el semiconductor intrnseco que en el proceso de dopado se le han aadido tomos o impurezas trivalentes (3 electrones de valencia), entre las podemos que mencionar Boro (B), Indio (In), Aluminio (Al), Galio (Ga) las cuales son llamadas tambin impurezas aceptadoras las cuales generan un hueco en el cristal a temperatura ambiente ya que tres de sus electrones de valencia forman enlace covalente con los tomos vecinos del semiconductor y queda un vaco en un de los enlaces covalentes o simplemente no se llega a formar el enlace. Ellas introducen un nivel aceptador entre la banda de valencia y la banda de conduccin pero ms cercano a la primera. En ellos a una temperatura cualquiera existirn ms huecos que electrones, los cuales sern llamados portadores mayoritarios a los huecos y portadores minoritarios a los electrones en este caso, contrario a los semiconductores extrnsecos tipo N. En la figura 4 se puede ver un cristal de silicio al cual se le ha aadido un tomo de boro (B) el cual genera un hueco. En la figura 6 se muestra el nuevo nivel de energa aadido en un semiconductor con tomos aceptores (por ejemplo B en Si), el nivel aceptor se encuentra justo por encima de la banda de valencia. Los electrones son promovidos fcilmente al nivel aceptor dejando agujeros positivos () en la banda de valencia. El semiconductor es de tipo-p.

Fig. 6.- Nivel aceptador o aceptor introducido por los tomos trivalentes

Fuente: www.cpi.uc.edu.ve4.- Ley de Accin de MasasEsta ahora hemos observado que, al aadir impurezas de tipo n, disminuye el nmero de huecos. De forma similar ocurre al dopar con impurezas tipo p, disminuye la concentracin de electrones libres a un valor inferior a la del semiconductor intrnseco, en condiciones de equilibrio trmico, el producto de la concentracin de las cargas positivas y negativas libres es una constante independiente de la cantidad de tomo donador o aceptador. Esta ecuacin se denomina Ley de Accin de Masas y viene dada por:

(3)

5.- Ley de Neutralidad de Carga

En todo material semiconductor en circuito abierto se debe cumplir que la suma de las cargas positivas debe ser igual a la suma de las cargas negativas. As la concentracin de cargas positivas esta constituida por la suma de los iones positivos ND y los huecos p, ND + p. De la misma manera la concentracin de cargas negativas esta constituida por la suma de los iones negativos NA y los electrones n, NA + n

(4)

Cuando tenemos un material tipo n, que tenga NA = 0. El nmero de electrones ser mucho mayor que el nmero de huecos por lo tanto se puede aproximar la ecuacin anterior a:

(5)Por lo tanto, lo portadores minoritarios, los huecos se calculan utilizando la ley de accin de masa:

(6)

De igual manera, en un semiconductor del tipo p:

(7)

6.- Movilidad y ConductividadEn los semiconductores la corriente elctrica es el resultado del movimiento de ambas cargas, es decir, de los electrones libre y los huecos, esto esta asociado a dos fenmenos fsicos.

Corriente de Arrastre o Desplazamiento (fuga)

Corriente de Difusin.

6.1 Corriente de Arrastre

Este primer fenmeno se origina por el movimiento de las cargas cuando se aplica un campo elctrico al material semiconductor. Cuando las cargas son aceleradas por el campo elctrico se producen que aumentan la energa trmica la cual va a fomentar el movimiento de las cargas en forma no aleatoria. Y los portadores e carga se ven afectado e la siguiente manera:

Electrones libres: La fuerza que el campo elctrico ejerce sobre los electrones provocar el movimiento de estos, en sentido opuesto al del campo elctrico aplicado. De este modo se originar una corriente elctrica. La densidad de la corriente elctrica (nmero de cargas que atraviesan la unidad de superficie en la unidad de tiempo) depender de la fuerza que acta (q*E), del nmero de portadores existentes y de la movilidad con que estos se mueven por la red, es decir:

(8)Donde:

: Densidad de corriente de los electrones

: Movilidad de los electrones en el material

: Concentracin de los electrones

: Carga elctrica (1,6 * 10-19 C)

: Campo elctrico aplicado.

La movilidad es caracterstica del material, y est relacionada con la capacidad de movimiento del electrn a travs de la red cristalina.

Huecos: El campo elctrico aplicado ejerce tambin una fuerza sobre los electrones asociados a los enlaces covalentes. Esa fuerza puede provocar que un electrn perteneciente a un enlace cercano a la posicin del hueco salte a ese espacio. As, el hueco se desplaza una posicin en el sentido del campo elctrico. Si este fenmeno se repite, el hueco continuar desplazndose. Aunque este movimiento se produce por los saltos de electrones, podemos suponer que es el hueco el que se est moviendo por los enlaces.

Fig. 7.-Movimiento de los huecos debido al movimiento de los electrones Fuente: www.info-ab.uclm.esLa carga neta del hueco vacante es positiva y por lo tanto, se puede pensar en el hueco como una carga positiva movindose en la direccin del campo elctrico. Obsrvese en la figura 7 que los electrones individuales de enlace que se involucran en el llenado de los espacios vacantes por la propagacin del hueco, no muestran movimiento continuo a gran escala. Cada uno de estos electrones se mueve nicamente una vez durante el proceso migratorio. En contraste, un electrn libre se mueve de forma continua en la direccin opuesta al campo elctrico.

Anlogamente al caso de los electrones libres, la densidad de corriente de huecos viene dada por:

(9)

Donde:

: Densidad de corriente de los huecos

: Movilidad de los huecos en el material

: Concentracin de huecos

: Carga elctrica (1,6 * 10-19 C)

: Campo elctrico aplicado.

La movilidad es caracterstica del material, y est relacionada con la capacidad de movimiento del hueco a travs de los enlaces de la red cristalina. La "facilidad" de desplazamiento de los huecos es inferior a la de los electrones.Considerando ahora el caso de un semiconductor que disponga de huecos y electrones, al que sometemos a la accin de un campo elctrico. Hemos visto cmo los electrones se mueven en el sentido opuesto a la del campo elctrico, mientras que los huecos lo harn segn el campo. El resultado es un flujo neto de cargas positivas en el sentido indicado por el campo, o bien un flujo neto de cargas negativas en sentido contrario. En definitiva, la densidad de corriente total es la suma de las densidades de corriente de electrones y de huecos:

(10)

6.2 Corriente de difusinEn segundo lugar tenemos el fenmeno de difusin; por regla las cargas electrones y huecos, se mueven en sentido del gradiente de concentracin, van de regiones de mayor concentracin a regiones de menor concentracin para favorecer el equilibrio de las cargas; este movimiento genera una corriente proporcional al gradiente de concentracin.La difusin no depende del valor absoluto de la concentracin de portadores, sino solamente de su derivada espacial, es decir, de su gradiente la cual obedece Ley Fick es la relacin de proporcionalidad entre la densidad de corriente y el gradiente de concentracin de portadores de carga debido al fenmeno de la difusin.

(11)Donde J es la densidad de corriente (en A/m2), D es la difusividad (en m2/s), q la carga de los portadores (en C) y (o) el gradiente de concentracin de electrones (o huecos) (en electrones o huecos /m4).En los metales, la difusin no es un proceso de importancia, porque no existe un mecanismo mediante el cual se pueda generar un gradiente de densidad. Dado que en un metal nicamente hay portadores negativos de carga, cualquier gradiente de portadores que se pudiera formar desequilibrara la neutralidad de la carga. El campo elctrico resultante creara una corriente de arrastre, que de manera instantnea anulara el gradiente antes de que pudiera darse la difusin. Por el contrario, en un semiconductor hay portadores positivos y negativos de carga, por lo que es posible la existencia de un gradiente de densidad de huecos y de electrones, mientras se mantiene la neutralidad de la carga.

En un semiconductor, los componentes de la densidad de corriente de difusin pueden expresarse de forma unidimensional mediante la ecuacin:

(12)El segundo trmino de la expresin tiene signo negativo porque la pendiente negativa de los huecos da lugar a una corriente negativa de los huecos.Donde:

: Densidad de Difusin total

: Difusividad de los huecos

: Difusividad de los electrones

: Concentracin de electrones

: Concentracin de huecos

: Carga elctrica (1,6 * 10-19 C)

7.- Relacin de EinsteinEstablece la relacin entre la constante de difusin (difusividad) y la movilidad de cada portador ya que ambas son fenmenos estadsticos termodinmicas y no son independientes. Esta relacin viene dada por la ecuacin de Einstein

(12)Donde es el Potencial equivalente de Temperatura, definido por:

(13)

: Constante de Boltzmann (1,38*10-23 J/ K); T: Temperatura en Kelvin; q: Carga del electrn (1,6*10-19 C)

CAPTULO IITEORA DE DIODOS

1.- El DiodoUn diodo no es ms que la unin de un semiconductor tipo P con un semiconductor tipo N a la que se le han aadido 2 terminales uno en la parte p y otro en la parte n, para poder acoplarse a un circuito. En la figura 8 se puede observar una representacin idealizada de la unin PN.

Fig. 8.- Unin PN Fuente: El autorEs decir que el semiconductor de la regin P tiene impurezas de tipo aceptadora y de concentracin NA y la regin N tiene impurezas de tipo donadora ND. A la temperatura ordinaria esas impurezas son ionizadas. Una impureza aceptadora NA da un hueco libre mvil y una impureza donadora ND da un electrn libre mvil. Despus esas impurezas forman iones cargados, fijos en la red, iones negativos en la regin P e iones positivos en la regin N respecto a la caracterstica de la neutralidad de los semiconductores antes del movimiento de los portadores.Cuando los trozos de semiconductores entran en contacto, comienza a actuar los mecanismos de difusin tanto en los electrones del semiconductor N como en los huecos del semiconductor P. El mecanismo de difusin acta de modo similar al comportamiento de un gas.Por Ejemplo, los huecos del semiconductor P, cuando se ven unidos a un trozo de semiconductor en el que la presencia de huecos es casi nula (Semiconductor N), comienzan a desplazarse hacia el semiconductor tipo N.

Ahora bien, tal como lo hara un gas, los huecos que se encuentran en la frontera con el semiconductor N comienzan a desplazarse hacia la zona del semiconductor tipo n, con el propsito de equilibrar la concentracin de huecos a lo largo de toda la unin pn. Ocurre exactamente lo mismo con los electrones del semiconductor N que se encuentran en la frontera con semiconductor tipo P donde apenas hay unos cuantos electrones, comienzan a desplazarse hacia la zona del semiconductor tipo P.Que ocurrira si los huecos de la zona P se dirigen a la zona N y los electrones de la zona N se dirigen a la zona P?

Como los electrones se dirigen a un sitio con muchos huecos, se recombinan con los huecos, y como los huecos se dirigen a un sitio con muchos electrones, tambin se recombinan con los electrones, esto conlleva que en la zona prxima a la unin se produzca un vaciamiento de portadores libres (electrones y huecos), quedando por lo tanto en presencia de los iones de los semiconductores, cargada positivamente en el semiconductor N y negativamente en el P. Ahora bien, conform se va formando esa regin de carga espacial o tambin conocida como regin de agotamiento, entorno a la unin, se va creando un campo elctrico en dicha regin de carga, y dirigido de la parte positiva a la negativa como se puede observar en la figura 9.

Fig. 9.- Formacin de la regin de vaciamiento. Fuente: El AutorEn principio, los electrones y los huecos seguirn difundindose, pero en el momento en que forma el campo elctrico este se opone al movimiento de electrones de la zona N a la P y se opone al movimiento de huecos de la zona P a la N. Por lo tanto hay, una doble tendencia que intenta mover a los electrones y a los huecos: la difusin y el campo elctrico que se generan en la regin de carga espacial. Al principio, la difusin es suficiente para vencer al campo elctrico, pero, al ir creciendo la regin de carga espacial, el campo tambin crece, y cada vez se opone con ms fuerza a la difusin. Pero llegar el momento en que el campo elctrico sea lo suficientemente grande como para detener el flujo de los electrones y huecos debido a la difusin. Entonces se habr llegado a una situacin de equilibrio, y habr cesado el flujo de carga.

Fig. 10.- Unin PN en equilibrio. Fuente El Autor

Como se ha dicho anteriormente la unin PN conforma un diodo. Ahora queda aadirle 2 terminales externos para ver como se comporta la unin PN cuando se le aplica una determinada tensin entre la parte p y su parte n.2.- Polarizacin en Sentido Directo.

Supongamos que le aplicamos una tensin positiva VD entre la parte p y n como muestra la figura 11.Fig. 11.- Polarizacin en Directo de la unin PNFuente: El AutorEl hecho de aplicar esa tensin VD hace que se forme un campo elctrico que atraviesa toda la unin pn, y cuyo sentido es de la zona p a la zona n, ese campo se superpone en sentido opuesto al campo elctrico que haba en la regin de carga espacial el cual disminuir, provocando que se reanude la difusin y se generara una corriente elctrica en el sentido de p a n, debida al flujo de huecos hacia la zona n y el flujo de electrones hacia la zona p. En tal situacin la regin de carga espacial habr disminuido. Ver figura 12.

Fig. 12.- Circulacin de Corriente en la Unin PN

Fuente: El AutorLa corriente es debida en su mayor parte al movimiento de los portadores mayoritarios tanto de los huecos como de los electrones.3.- Polarizacin en Sentido InversoSupongamos que le aplicamos una tensin positiva VD entre la parte n y p como muestra la figura 13.Fig. 13.- Polarizacin en Inverso de la Unin PN

Fuente: El Autor

Al aplicar ms tensin a la parte N que a la parte P se genera un campo elctrico dirigido de la zona N a la zona P, que se superpondr al campo de la regin de carga espacial, y, al ser del mismo sentido, dar como resultado que el campo elctrico de la regin de carga aumente; al ser el campo el elemento que se opone a la difusin, entonces, al aumentar imposibilitara aun ms la difusin. El resultado es que, al igual que en el equilibrio, no circulara corriente a travs de la unin, pero esta vez habr aumentado la regin de carga espacial. Como se puede observar en la figura 14.

Fig. 14.- Aumento de la Regin Carga Espacial

Fuente: El AutorEn la polarizacin Inversa se dice que no hay circulacin de corriente significativa a travs de la unin pero en realidad existe una pequesima corriente elctrica que es debida a los portadores minoritarios y fluye de la zona N a la zona P la cual recibe el nombre de corriente inversa de saturacin. 4.- Caractersticas De Un Diodo En Unin PN

Matemticamente, la relacin existente entre la tensin directa VD que soporta la unin y la corriente ( que fluye de la zona P a la zona N viene dada por la siguiente expresin:

(14)Esta es la expresin ( (VD) de una unin ideal. En una unin real, es similar pero no del todo idntica.Donde:

(: Es la intensidad de corriente que atraviesa el diodo.

VD: Es diferencia de tensin en los extremo del diodo

(S: Es la intensidad de corriente de saturacin (Es decir valores negativos de VD)

VT : Es una Constante que varia con la temperatura conocido como Voltaje Trmico o Potencial equivalente de Temperatura y que para una temperatura de 300K tiene un valor de:

La grfica de esta relacin tensin corriente es evidente:

Fig. 15.- Curva Caracterstica del Diodo Fuente: El Autor.Si a la unin PN se le aplica una tensin inversa muy grande, entonces por ella circular una corriente inversa considerable, debida a dos mecanismos. Avalancha (Diodos Poco Dopados):

Si la tensin inversa es muy grande, entonces el campo elctrico que soporta la unin tambin lo es.

Como ese campo atraviesa toda la unin, es capaz de captar tanto electrones minoritarios de la zona P como huecos de la zona N, y acelerarlos mucho, de tal modo que, tan grande es su energa cintica, que al colisionar con los enlaces de la red cristalina, se llevan por delante a otros tantos electrones ( es decir, rompen los enlaces, liberndose electrones), que, por el mismo mecanismo, pueden seguir rompiendo mas enlaces y en consecuencia generan al final una gran cantidad de electrones en movimientos que dan lugar a la corriente elctrica. Efecto Zener ( Diodos muy Dopados):El efecto zener se basa en la aplicacin de tensiones inversas que originan fuertes campos elctricos que producen la rotura de los enlaces covalentes dejando as electrones libres capaces de establecer la conduccin y no requiere la aceleracin de un portador de carga (huecos o electrones) debida al campo. El efecto zener es reversible y as no es destructible cuando se limita la corriente a un valor no demasiado elevado para que no se funda la unin.De ese modo, la grafica real de la corriente que circula por la unin en sentido de P hacia N en funcin de la tensin directa ser:

Fig. 16.- Curva Caracterstica real del Diodo

Fuente: El Autor.Donde:V: Tensin umbral.

La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Imax: Corriente mxima.Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Is: Corriente Inversa de Saturacin

Es la pequea intensidad de corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 en la temperatura.

Vr: Tensin de ruptura.

Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha. 5.- Representacin Simblica del Diodo.Como se dijo anteriormente un diodo no es ms que una unin PN a la que se le aaden 2 terminales externos para conectarse a un circuito, en la figura 17 se puede observar la representacin simblica y la fsica de un diodo normal (De Propsito General o Rectificador) con son 2 terminales nodo (Positivo) y Ctodo (Negativo).

Fig. 17.- Representacin Simblica y Fsica del Diodo6.- Resistencias del DiodosCuando el punto de operacin de un diodo se mueve desde una regin a otra, la resistencia del diodo tambin cambia debido a la forma no lineal de la curva caracterstica, si se analiza un diodo trabajando en rgimen de continua o si est trabajando en pequea seal, lo cual significa que se aplica una seal alterna montada sobre un nivel de continua. Se puede hablar de 2 tipos de resistencia a saber: Resistencia Esttica.

Resistencia Dinmica.

6.1.- Resistencia Esttica.

Se obtiene al aplicar voltaje directo, el punto de operacin no cambia con el tiempo, es decir la resistencia esttica de un diodo es independiente de la caracterstica en la regin entorne al punto de inters solo depende del Voltaje y la corriente en el punto de polarizacin (Q). Este punto corresponde a una tensin de polarizacin que por un valor determinado da una corriente constante en rgimen continuo.

Fig. 18.- Representacin del punto Q sobre la curva caracterstica de Diodo

6.2.- Resistencia Dinmica

La resistencia del diodo cambia con la corriente que le atraviese, por lo tanto se define una resistencia en cada punto de la caracterstica por la expresin:

Se llama resistencia o dinmica de la unin, que corresponde a la resistencia interna del diodo.

Grficamente la resistencia dinmica es un punto de la caracterstica y se mide por la pendiente de la recta tangente en ese punto.Tericamente de la ecuacin

Pero en la polarizacin directa

La relacin anterior de la expresin de la resistencia de unin correspondiente a la corriente ( que la atraviesa es decir, que fija el punto sobre la curva caracterstica ((V) llamado punto de polarizacin. La resistencia diferencial cambia el punto de polarizacin sobre la curva caracterstica.A la temperatura ambiente:

= 25,9 cuando ( = 1mA

= 2,59 cuando ( = 10mA

= 2,59K cuando ( = 10A

La resistencia diferencial o dinmica se puede determinar grficamente por la medicin de la pendiente de la tangente a la curva caracterstica en el punto de polarizacin. Esa pendiente da .Experimentalmente se puede tambin notar la resistencia dinmica del diodo como la razn de una pequea variacin de voltaje (V y de la variacin correspondiente de la intensidad ((.

Prcticamente se toma una pequea variacin de la (( alrededor del punto de polarizacin ( y se nota la variacin correspondiente del (V. Esas variaciones deben ser pequeas porque la caracterstica se aproxima a una recta y eso es exacto sobre un pequeo intervalo (( alrededor de (.

Fig. 19 Resistencia dinmica y Variacin del punto Q

7.- Influencia De La Temperatura Sobre Las Propiedades De La UninLos semiconductores dependen mucho del efecto de la temperatura. En el caso de los diodos la temperatura cambia: A la corriente ( directa constante, el valor de la tensin a los bornes del diodo.

A la tensin inversa constante, el valor de la corriente inversa de saturacin (SEsos efectos se denominan Derivas Trmicas.

7.1.- Influencia de la temperatura sobre la corriente de Saturacin (SLa corriente inversa de la unin viene del flujo de los portadores minoritarios en la unin. Es decir que la variacin de (S en funcin de la temperatura sigue la ley de variacin de la generacin de los portadores en funcin de la temperatura.

El trmino de la ecuacin anterior, cambia mucho ms que T3 alrededor de la temperatura ambiente (300 K).

Donde ki= 0,072/(C= 7,2%/(C, resulta

, (e0,72 ( 2)(S se duplica aproximadamente cada 10 (C de aumento de T

La corriente inversa de los diodos de Si es menor que la corriente inversa para los diodos Ge. Esta corriente aumenta rpidamente cuando aumenta la temperatura.7.2.- Influencia de la temperatura sobre la tensin directa a los bornes de la unin.De manera general la tensin a los bornes de un diodo de unin PN de Si o Ge polarizada a corriente constante, disminuye cuando ambiente aumenta de 1(C.

T1, T2 Temperatura

Kv coeficiente de temperatura V/(C (usado en termmetros)

-2,5 mV/(C Germanio

-2,0 mV/(C Silicio

-1,5 mV/(C Schottky

Fig. 20 Influencia de la temperatura sobre la tensin del diodo.8.- Esquema Equivalente del Diodo en Rgimen Alterno.

Capacidad de agotamiento o Transicin.

Capacidad de Difusin.8.1.- Capacidad de Agotamiento o de TransicinDel comportamiento de la unin PN en la regin inversa observamos la analoga entre la capa de agotamiento (o deplexin) y un condensador. A medida que cambia el voltaje en paralelo con la unin PN, la carga almacenada en la capa de agotamiento cambia de conformidad. En la figura 21 se muestra una curva caracterstica tpica de carga versus el voltaje externo aplicado de una unin PN.

Fig. 21Curva Caracterstica de la Capacidad de agotamientoCuando el dispositivo se polariza en inverso y la variacin de la seal alrededor del punto de polarizacin es pequea como se ilustra se puede usar una aproximacin de capacitancia lineal. Desde esta aproximacin a pequea seal, la capacidad de agotamiento o transicin es simplemente la pendiente de la curva qJ versus VR en el punto Q de polarizacin.

Fcilmente derivando se puede hallar una expresin para Cj. Si tratamos la capa de agotamiento como un condensador de placas planas paralelas obtenemos una expresin idntica para Cj.

La expresin resultante para Cj se puede escribir en una forma conveniente

Siendo Cjo el valor de Cj obtenido para voltaje aplicado cero VR = VQ = 0

El anlisis precedente y la expresin para Cj se aplican para uniones en las que la concentracin de portadores se hace cambiar abruptamente en la frontera de la unin. Una frmula ms general para Cj es

Donde m es una constante cuyo valor depende de la manera en que cambia la concentracin del lado P al lado N de la unin. Se denomina coeficiente de distribucin, y su valor es de a . Tambin se conoce Cj = CT.

Para resumir, a medida que un voltaje de polarizacin inversa se aplica a una unin PN, ocurre un transitorio durante el que la capacitancia de agotamiento se carga al nuevo voltaje de polarizacin. Una vez que gradualmente desaparezca el transitorio, la corriente inversa de estado estable es simplemente (S. En realidad, corrientes de hasta unos pocos nanoamperes (10-9A) circulan en direccin inversa, en dispositivos para los que (S es del orden 10-15A. Esta gran diferencia se debe a fuga y otros efectos. Adems, la corriente inversa depende en cierta medida de la magnitud del voltaje inverso, contrario al modelo terico, que expresa que ( (S independiente del valor del voltaje inverso aplicado. No obstante lo anterior, debido a que intervienen corrientes muy bajas, por lo general no nos interesamos en los detalles de la curva caracterstica i-v del diodo en la direccin inversa.

En la Figura 22 se observa la variacin de CT en funcin de VR para dos diodos tpicos.

Fig. 22 Variaciones de CT en funcin de VR para dos diodos TpicosSe observa de la figura 22 que cuanto mayor sea la tensin inversa, mayor es el ancho Wagot de la regin de agotamiento o de carga espacial, y como consecuencia, menor la capacidad Cj.

De manera anloga, si aumenta la tensin directa, Wagot disminuye y Cj aumenta. En ciertos circuitos se utiliza este efecto de la variacin de la capacidad con la tensin de una unin PN polarizada inversamente.

8.2.-Capacidad de Difusin

De la descripcin de la operacin de la unin PN en la regin de sentido directo observamos que, en estado estable, cierta cantidad de exceso de carga de portadores minoritarios se almacena en la mayor parte de cada una de las regiones P y N con carga neutra. Si cambia la tensin entre terminales, este cambio finalizar antes que se alcance un nuevo estado estable. Este fenmeno de carga y almacenamiento da lugar a otro efecto capacitivo, muy diferente del que se debe al almacenamiento de carga en la regin de agotamiento.Para pequeas variaciones de carga situadas alrededor de un punto de polarizacin, podemos definir la capacitancia de difusin a pequea seal Cd como:

Y podemos demostrar que

Donde ( es la corriente del diodo en el punto de polarizacin. Ntese que Cd es directamente proporcional a la corriente ( del diodo y es, por lo tanto, tan pequea que es despreciable cuando el diodo se polariza inversamente. Ntese tambin que para mantener una Cd pequea, el tiempo de trnsito (T debe hacerse pequeo, lo cual es un requisito importante para diodos destinados para operacin a alta velocidad o alta frecuencia.9.- Modelos o Aproximaciones del Diodo.

Modelo Ideal

Modelo de cada de voltaje constante

Modelo Lineal por tramos9.1.- Modelo IdealUn modelo til para una gran variedad de instancias de anlisis es el ideal, que describe al diodo como una vlvula unidireccional, esto es, como un conductor perfecto cuando es polarizado directamente (positivo en el nodo, negativo en el ctodo), y como un aislador perfecto cuando es polarizado negativamente.La figura 23 muestra la grafica el modelo ideal.

Fig. 23 Curva V vs ( de un Diodo Ideal

Si (D es positiva, VD es cero, y se dice que el diodo est en estado On (encendido).

Si VD es negativo, (D es cero, y se dice que el diodo est en estado Off (apagado).

El modelo ideal se puede utilizar si el contexto del circuito se puede presumir que los voltajes sern de magnitud suficiente para asegurar uno u otro estado de operacin de los diodos, y si, frente a esos niveles de voltaje y corriente, los voltajes de conduccin y las corrientes inversas resultan despreciables. Tambin resulta muy til el modelo ideal si lo que se requiere es la comprensin del funcionamiento de un circuito (cualitativo) ms que un anlisis exacto (cuantitativo).En este modelo se sustituyen o se reemplazan en el circuito el smbolo de diodo por cortocircuitos (los supuestos en estado On) y por circuitos abiertos (los supuestos en estado Off).9.2.- Modelo de Cada de Tensin ConstanteEn este modelo no solo se sustituyen o se reemplazan en el circuito el smbolo de diodo por cortocircuitos los que estn en estado On y por circuitos abiertos los que estn en estado Off, sino que se lo agrega una fuente de tensin en serie al diodo al diodo ideal, el valor de la fuente es la tensin umbral del diodo. En la figura 24 se puede observar la curva caracterstica V vs ( de diodo bajo usando esta aproximacin o modelo.

Fig. 24 Modelo de cada de voltaje constante de la caracterstica directa del diodo y la

Representacin de su circuito equivalente.

9.3.- Modelo Lineal por Tramos

Algunas aplicaciones cuyas solucin requiere de mayor precisin obligan a mejorar el modelo anterior, haciendo consideracin tanto del voltaje de umbral (VD0) (diferente de 0[V]) como del carcter finito de la pendiente de la curva V-(.

Fig. 25 Modelo lineal por tramos de la caracterstica directa del diodo y su circuito equivalente.

rD = 20 ; (D = 0, VD VD0 ; (D = (VD VD0)/rD ; Para VD VD0rD: Resistencia interna del diodo vlida tanto para condiciones estticas como dinmicas10.- Parmetros y Especificaciones Elctricas De Los DiodoLa construccin de un diodo determina la cantidad de corriente que es capaz de manejar, la cantidad de potencia que puede disipar y la tensin inversa pico que puede soportar sin daarse. A continuacin se lista los parmetros principales que se encuentran en la hoja de especificaciones del fabricante de un diodo rectificador:

1. Tipo de dispositivo con el nmero genrico de los nmeros del fabricante.2. Tensin de pico Inverso (PIV). Este valor es igual al mximo valor que el diodo puede tolerar cuando se polariza en inversa.3. Mxima corriente inversa en PIV ((R) (a temperatura y corriente especificadas)4. Mxima corriente de cd en directo ((f). Este valor es igual a la mxima corriente que puede circular por el diodo sin daarlo cuando ste se encuentra en el estado de conduccin.5. Corriente promedio de media onda rectificada en directo ((o).6. Mxima temperatura de la unin.7. Capacitancia mxima (c).8. Disipacin de Potencia.9. Curvas de degradacin de corriente.10. Curvas caractersticas para cambio en temperatura de tal forma que el dispositivo se pueda estimar para altas temperaturas.

Fig.26 Hoja de Especificaciones del Fabricante BAY73

Fig.27 Curvas Elctricas Tpicas del Diodo BAY73

11.- Verificacin del Estado de un Diodo

Debemos recordar que los diodos son componentes que conducen la corriente en un solo sentido, teniendo en cuenta esto, se pueden probar con un multmetro en la posicin de "hmetro" ya que para hacer la prueba de resistores, por l circula una pequea corriente que suministra el propio instrumento. En otras palabras, el multmetro como hmetro no es ms que un microampermetro en serie con una batera y una resistencia limitadora.

Cuando el terminal positivo de la batera del multmetro se conecta en serie con el nodo del diodo bajo ensayo y el otro terminal del instrumento se conecta al ctodo, la indicacin debe mostrar una baja resistencia, mayor deflexin se conseguir cuanto ms grande sea el rango, segn se indica en la figura 28a.

En inversa el instrumento causar alta resistencia. En teora la resistencia inversa debera ser infinita, con lo cual la aguja del multmetro no se debera mover, como lo sugiere la figura 28b, pero en algunos diodos, especialmente los de germanio, cuando se los mide en rangos superiores a R x 100 en sentido inverso, provocan una deflexin notable llegando hasta un tercio de la escala, lo cual podra desorientar a los principiantes creyendo que el diodo est defectuoso cuando en realidad est en buenas condiciones. Por lo tanto, para evitar confusiones la prueba de diodos debe realizarse en el rango ms bajo del hmetro tal que al estar polarizado en directa la aguja deflexione indicando baja resistencia y cuando se lo polariza en inversa la aguja del instrumento casi no se mueva, lo que indicar resistencia muy elevada. Si se dan estas dos condiciones, entonces el diodo est en buen estado.Si la resistencia es baja en ambas mediciones, significa que el diodo est en cortocircuito, en cambio si ambas lecturas indican muy alta resistencia, es indicio de que el diodo est abierto. En ambos casos se debe desechar el componente.

La prueba es vlida para la mayora de los multmetros analgicos en los cuales el negativo del "multmetro" corresponde al terminal positivo de la batera interna, cuando el multmetro funciona como hmetro, esto se ejemplifica en la figura 29El mtodo aplicado es igualmente vlido para todos los diodos sin incluir los rectificadores de alta tensin empleados en televisores transistorizados, como por ejemplo diodos de potencia para fuentes de alimentacin, diodos de seal, diodos varicap, diodos zener, etc., ya sean de germanio o de silicio.Hay que observar que cuando se utiliza un multmetro digital que tiene una posicin para el diodo, puede llevarse a cabo una prueba dinmica de este dispositivo semiconductor. Con un diodo en buenas condiciones, el voltaje de polarizacin directa que despliega el mutmetro debe ser, aproximadamente, de 0,7 V. El procedimiento anterior es la mejor prueba para verificar el estado de un diodo

a b Fig. 28 Verificacin del estado de un diodo con un ohmetro.a.- Cuando el diodo est polarizado en sentido directo, la lectura del ohmetro es bajab. Si el diodo se polariza en sentido inverso, la lectura del ohmetro indica una resistencia muy alta (infinita).

Fig. 29Nota: En los multimetros analgicos, la punta roja corresponde al negativo de la batera interna.

CAPTULO IIITIPOS DE DIODOSSegn su construccin, se podra decir que existen dos tipos de diodos: de Contacto por punta y de unin.

Los de contacto por punta estn formados por un cristal semiconductor montado sobre una base de metal y por un alambre terminado en punta, la cual hace contacto a presin con el semiconductor. Un Terminal de conexin exterior va soldado al extremo libre del alambre y el otro a la base del metal. El alambre suele ser de aleacin de platino, tungsteno, bronce fosforoso, etc. El cristal semiconductor, de silicio tipo P o germanio tipo N. En realidad, no existe unin PN en este tipo de diodo.Los diodos de unin estn formado por la unin de dos cristales de diferentes clases uno tipo N y otro tipo P. Los terminales de conexin exteriores van unidos a las superficies extremas de los cristales. Este tipo de diodo trabaja con potencias ms elevadas que los de contacto por punta.

Algunos diodos dentro de los dos tipos planteados son:1. Diodo ZenerEl diodo zener corresponde a una unin PN particular polarizada en sentido inverso es decir que el ctodo (K) se conecta a un potencial ms elevado que el nodo (A), se caracteriza porque conduce en la zona inversa a partir de una tensin negativa VZ. Tiene tres zonas de funcionamiento, la zona de polarizacin en sentido directo tiene las mismas caractersticas que el diodo rectificador o de propsito general, mientras que en polarizacin en sentido inverso se diferencian dos zonas, una en la que el diodo no conduce y en la que si conduce o permite la circulacin de corriente, y la tensin tiene un valor menor o igual a la tensin Zener o de ruptura (VZ), Esta tensin de ruptura depende de las caractersticas de construccin del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios.

Fig. 30 Curva Caracterstica del Diodo ZenerLas caractersticas que diferencian a los diversos diodos Zener entre si son:

Tensiones de polarizacin inversa, conocida como Tensin Zener.- Es la tensin que el zener va a mantener constante. Corriente 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 bornes Potencia mxima de disipacin. Puesto que la tensin es constante, nos indica el mximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.La mxima corriente que puede conducir un diodo Zener viene dada por la siguiente ecuacin:

Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensin en sus bornes a un valor llamado tensin de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor mnimo 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.1.1.-Construccin de un diodo Zener

Los diodos Zener se fabrican por procesos de aleacin o proceso de difusin segn sean las caractersticas que se deseen obtener. De modo general, podemos decir que los diodos con tensiones de rupturas inferiores a 9V, presentan mejores caractersticas cuando se fabrican por aleacin, mientras que cuando las tensiones de rupturas son superiores a los 12V se fabrican por difusin, pero para las tensiones entre 9V y 12V el proceso de fabricacin depende de otros factores.Proceso de Fabricacin por Aleacin.Este mtodo consiste en calentar a una temperatura de 650C aproximadamente, una pequea pastilla de cristal de silicio tipo N, a la que se le coloca encima una minscula cantidad de material tipo P. Al calentarlos se produce la aleacin entre ambos materiales en una zona de forma circular.Proceso de Fabricacin por Difusin

Este tipo de diodos se obtienen depositando en una delgada lamina de cristal de silicio, boro por una cara (para la formacin del materia tipo P) y por la otra vapor de fsforo (para la formacin del materia tipo N) el conjunto se introduce en un horno a una temperatura superior a 1200C el calor provocara que en el cristal de silicio penetre el fsforo por un lado y el boro por el otro, difundindose ambos materiales en el cristal de silicio.El tipo de encapsulado es igual que el de los diodos rectificadores. Aunque no se comportan como ellos, es por eso que en simbologa electrnica la forma de representarlos es tambin diferente. Ver figura 31Los modelos del diodo Zener se forman a partir de cualquiera de los modelos del diodo de propsito general aadiendo una zona de operacin, la de conduccin inversa. La expresin en polarizacin directa permanece sin cambios, pero en le zona inversa hay que introducir una modificacin en la conduccin, que queda de la siguiente forma:

Fig. 31 Aspecto Fsico y Simbologa del Diodo ZenerModelo Ideal: VZ VD 0 No hay circulacin de corriente

Los otros Modelos: VZ VD V No hay circulacin de corriente

1ER Aproximacin

Bajo esta aproximacin el diodo se sustituye por una batera o fuente de tensin de valor igual a tensin zener VZ. Esto solo es vlido entre IZmn y IZmx. Ver Figura 322DO Aproximacin

En esta segunda aproximacin se sustituye al diodo por una batera de valor igual a la tensin zener en serie con una resistencia, siendo est el inverso de la pendiente de la curva caracterstica en sentido inverso. Igualmente esto solo es vlido entre IZmn y IZmx, . Ver figura 33.

Fig. 32 Curva Caracterstica del diodo zener para la primera aproximacin

Fig. 33 Curva Caracterstica del diodo zener para la segunda aproximacinEl modelo ms utilizado del diodo zener es el que supone que las resistencias del diodo tanto en directo como en inverso son muy pequeas y se desprecia dicho valor, quedando:

1.2.- Cdigo De Identificacin Del ZenerExisten tres tipos de identificacin de los diodos zener. El ms moderno consiste en tres letras seguidas de un nmero de serie y el valor que hace referencia a la tensin zener.

1. Es un B, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor de silicio

2. Es una Z, indica que se trata de un diodo zener

3. Es una X o Z indica que se trata de aplicaciones profesionales

Despus ira el nmero de serie indicado por el fabricante y la tensin zener, utilizando la V como coma decimal. Por ejemplo:

BZX-79-5V1En ocasiones se le aade una letra ms que nos indicara la tolerancia de la tensin zener, segn el siguiente cdigo:

A---- 1%

B---- 2%

C---- 5%

D----10%

E----15%

Otro cdigo es el que utiliza Tambin tres letras y el nmero de serie del fabricante, siendo:1. Es un O, indicativa de que se trata de un elemento semiconductor.2. Es AZ, indica que se trata de un diodo zener

3. El numero de serie del fabricante.

Y por ultimo el cdigo americano, que al igual que los diodos rectificadores seria:1N seguido por un nmero de serie.1.3.- Aplicaciones Regulador de tensin. Tensin de referencia. Circuito Limitador.1.4.- Especificaciones del fabricanteEn el caso de los diodos zener por lo general aparecen los siguientes parmetros en las hojas de especificaciones. Tipo de dispositivo con el nmero genrico o con los nmeros del fabricante.

Tensin zener nominal (tensin de temperatura por avalancha).

Tolerancia de tensin.

Mxima disipacin de potencia (a 25C).

Corriente de prueba, Izt.

Impedancia dinmica a Izt.

Corriente de vrtice.

Mxima temperatura en la unin.

Coeficiente de temperatura.

Curvas de degradacin para altas temperaturas.

2. Diodo Led Y Fotodiodo2.1 Diodo LED

Ciertos tipos de diodos son capaces de cambiar la fuente de energa elctrica en fuente de energa lumnica. El diodo emisor de luz (LED, Light emitting diode) transforma la corriente elctrica en luz. Es til para diversas formas de despliegues, y a veces se puede utilizar como fuente de luz para aplicaciones de comunicaciones por fibra ptica. Los diodos emisores de luz, se fabrican con materiales semiconductores de formulacin especial [Arseniuro de Galio (GaAs), Fosfato de Galio (GaP)] que emiten fotones de luz visible o infrarroja cuando conducen en polarizacin directa. En polarizacin inversa se comportan como un diodo de propsito general, aunque se diferencian en que su tensin umbral de conduccin es de 1,5V a 2,2V aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por l est entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs. Pero como resulta difcil distinguir, por pura inspeccin visual, el modelo del LED as como el fabricante: los valores mximos de tensin y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante sern por lo general desconocidos. Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaucin de carcter general que resulta muy vlida.

Los LED, se pueden obtener en el mercado en diferentes colores: Rojo, Verde, Naranja, Amarillo, Infrarrojo, Bicolor etc. Y ala intensidad de la luz tiene dependencia lineal con la corriente de excitacin. Estos dispositivos emisores de luz, vienen constituidos para diferentes corrientes de excitacin, corrientes muy altas disminuirn la vida til de LED, por ello, es importante colocar en serie con el diodo una resistencia de proteccin para que limite la corriente que circula por el LED.

Dependiendo del material de que est hecho el LED, ser la emisin de la longitud de onda y por ende el color.

Fig. 34 Smbolo y Aspecto fsico del Diodo LEDPara identificar los terminales del diodo LED observaremos como el ctodo ser el terminal ms corto, siendo el ms largo el nodo. Adems en el encapsulado, normalmente de plstico, se observa un chafln en el lado en el que se encuentra el ctodo.Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situacin especfica de funcionamiento.Ejemplos Se utilizan para desplegar contadores. Para indicar la polaridad de una fuente de alimentacin de corriente directa.

Para indicar la actividad de una fuente de alimentacin de corriente alterna. En dispositivos de alarma.Sus desventajas son que su potencia de iluminacin es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ngulo de visibilidad est entre los 30 y 60. Este ltimo problema se corrige con cubiertas difusores de luz.

2.2.- FotodiodoUn fotodiodo realiza la funcin inversa al LED. Esto es, transforma la fuente de energa lumnica en corriente elctrica. Cuando el fotodiodo es polarizado en sentido directo, ofrece un comportamiento similar al de un diodo de propsito general pero cuando se ilumina una unin PN polarizada inversamente se produce un aumento de la corriente inversa que es proporcional a la intensidad de luz aplicada. Este fenmeno se da porque los fotones de luz generan nuevos pares electrn-hueco en las dos zonas, de forma que los portadores minoritarios puedan atravesar la unin por la accin del potencial inverso, contribuyendo aun aumento apreciable de la corriente inversa, a ese flujo de corriente, se denomina " fotocorriente " en el circuito externo, que es proporcional a la intensidad de luz efectiva en el dispositivo. Este se comporta como generador de corriente constante mientras la tensin no exceda la tensin de avalancha. El fotodiodo exhibe un pico de respuesta en una longitud de onda radiante determinada. Para esta longitud de onda, se produce la mxima cantidad de pares huecos-electrn en la proximidad de la unin.

El mximo de la curva de respuesta espectral de un fotodiodo tpico se halla en 850 nm, aproximadamente.

La totalidad de los detectores de luz comunes consisten en una unin a fotodiodo y un amplificador. En la mayora de dispositivos comerciales, la corriente del fotodiodo se halla en el margen comprendido entre el submicroamperio y las decenas de microamperios, pudiendo aadirse a la pastilla un amplificador por un coste mnimo.

Fig. 35 Simbologa y Aspectos fsicos de un Fotodiodo

Fig. 36 Curva caracterstica (/ V de un fotodiodo para diferentes intensidades luminosas

ComposicinEl material empleado en la composicin de un fotodiodo es un factor crtico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1m); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 m ); o de cualquier otro material semiconductor.Tambin es posible la fabricacin de fotodiodos para su uso en el campo de los infrarrojos medios (longitud de onda entre 5 y 20 m), pero estos requieren refrigeracin por nitrgeno lquido.

Antiguamente se fabricaban exposmetros con un fotodiodo de selenio de una superficie amplia.

Tabla de los semiconductores y su longitud de onda3. DIODO DE BARRERA O SCHOTTKY

El diodo Schottky llamado as en honor del fsico alemn Walter H. Schottky, tambin denominado diodo pnpn o diodo de barrera, ya que se forma una barrera a travs de la unin debido al movimiento de los electrones del semiconductor a la interfaz metlica, 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. Su caracterstica de tensin corriente es muy similar a la del diodo de unin PN de silicio excepto porque la tensin en directo, V, es 0.3 V en vez de 0.7 V, la capacitancia asociada con el diodo es pequea. 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 alto, poniendo en peligro el dispositivo.El diodo Schottky est constituido por una unin metal-semiconductor (barrera Schottky), ligeramente dopada con un metal como el aluminio o platino, en lugar de la unin convencional semiconductor-semiconductor utilizada por los diodos normales. Es por ello que 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) jugaran 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.

La alta velocidad de conmutacin permite rectificar seales de muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.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.

Fig. 37 Simbologa y Curva Caracterstica del Diodo Schottky 4. Diodo PinEl fotodiodo PIN es el detector ms importante utilizado en los sistemas de comunicacin ptica. Es relativamente fcil de fabricar, altamente fiable, tiene bajo ruido y es compatible con circuitos amplificadores de baja tensin. Adems, es sensible a un gran ancho de banda debido a que no tiene mecanismo de ganancia. Es un diodo que presenta una regin P y una regin N tambin fuertemente dopada, separadas por una regin de material que es casi intrnseco. 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 est inversamente polarizado y muy baja cuando esta polarizado en sentido directo. Adems, las tensiones de ruptura estn comprendidas en el margen de 100 a 1000 V.En virtud de las caractersticas del diodo PIN se le puede utilizar como interruptor o como modulador de amplitud en frecuencias de microondas ya que para todos los propsitos se le puede presentar como un cortocircuito en sentido directo y como un circuito abierto en sentido inverso. Tambin se le puede utilizar para conmutar corrientes muy intensas y/o tensiones muy grandes. Los diodos Pin hacen bsicamente cambiar su resistencia en RF en funcin de las condiciones de polarizacin. Por ello, pueden actuar:

1. Como conmutador de RF2. Como resistencia variable3. Como protector de sobretensiones4. Como fotodetector

El diodo se forma partiendo de silicio tipo P de alta resistividad. La capa P de baja resistividad representada, est esta formada por difusin de tomos de boro en un bloque de silicio tipo P y la capa N muy delgada est formada difundiendo grandes cantidades de fsforo. La regin intrnseca ( es realmente una regin P de alta resistividad y se suele denominar regin p. Cuando el circuito est abierto, los electrones fluyen desde la regin ((p) hasta la regin P para recombinarse con los huecos en exceso, y los huecos fluyen desde la regin ( para recombinarse con los electrones de la regin N. Si el material ( (p) fuese verdaderamente intrnseco, la cada de tensin en la regin ( sera nula, puesto que la emigracin de huecos sera igual a la emigracin de electrones. Si embargo, como el material es en verdad p (P de alta resistividad), hay mas huecos disponibles que electrones.Cuando se aplica una polarizacin inversa al diodo los electrones y los huecos del material p son barridos (swept free). Un posterior aumento de la tensin inversa simplemente incrementa las distribuciones de tensiones P-( e (-N. En el diodo PIN la longitud de la regin de transicin L es aproximadamente igual a la regin ( y aproximadamente independiente de la tensin inversa. Por lo tanto, a diferencia de los diodos PN o Schottky, el diodo PIN tiene una capacidad inversa que es aproximadamente constante, independiente de la polarizacin. Una variacin tpica de la capacidad podra ser desde 0,15 hasta 0,14 pF en una variacin de la polarizacin inversa de, por ejemplo, 100 V. En virtud de que es igual a la longitud de la regin (, la longitud de la regin de transicin es aproximadamente constante y considerablemente mayor que la de otros diodos y, por lo tanto, la capacidad CR, que es proporcional a 1/L es significativamente menor que la de otros diodos, por lo que el diodo PIN es apropiado para aplicaciones de microondas. Los valores normales de CR varan desde 0,1 pF hasta 4 pF en los diodos PIN, comercialmente asequibles.Cuando el diodo est polarizado en sentido directo, los huecos del material P se difunden el la regin p, creando una capa P de baja resistividad. La corriente es debida al flujo de los electrones y de los huecos cuyas concentraciones son aproximadamente iguales en la regin (. En la condicin de polarizacin directa la cada de tensin en la regin ( es muy pequea. Adems, al igual que el diodo PN, cuando aumenta la corriente, tambin disminuye la resistencia. En consecuencia el diodo PIN es un dispositivo con su resistencia o conductancia modulada. En una primera aproximacin, la resistencia rd en pequea seal es inversamente proporcional a la corriente IDQ con polarizacin directa, lo mismo que en el diodo PN.En frecuencias de microondas se representa de maneras ms sencillas por una capacidad CR en serie con la resistencia directa rd. Con tensiones directas, CR es aproximadamente infinita, mientras que en polarizacin inversa, rd es aproximadamente nula. La capacidad CT es la capacidad parsita paralelo que se produce soldando el diodo a la cpsula y L es la inductancia serie debida a los hilos de conexin desde el diodo hasta la cpsula.

Fig.38 Circuito equivalente del diodo PIN en la regin Directa e Inversa

Fig. 39 Simbologa del Diodo PIN5. Diodo Varactor O VaricapLos diodos varactores [llamados tambin varicap (diodo con capacitancia-voltaje variable) o sintonizadores] son semiconductores dependientes del voltaje, capacitores variables. Su modo de operacin depende de la capacitancia que existe en la unin P-N cuando el elemento est polarizado inversamente. En condiciones de polarizacin inversa, se estableci que hay una regin sin carga en cualquiera de los lados de la unin que en conjunto forman la regin de agotamiento y definen su ancho Wd. La capacitancia de transicin (CT) establecida por la regin sin carga se determina mediante: CT = E (A/Wd) Donde E es la permitibilidad de los materiales semiconductores, A es el rea de la unin P-N y Wd el ancho de la regin de agotamiento.Conforme aumenta el potencial de polarizacin inversa, se incrementa el ancho de la regin de agotamiento, lo que a su vez reduce la capacitancia de transicin. El pico inicial declina en CT con el aumento de la polarizacin inversa. El intervalo normal de VR para diodos varicap se limita aproximadamente 20V. En trminos de la polarizacin inversa aplicada, la capacitancia de transicin se determina en forma aproximada mediante: CT = K / (VT + VR)n

donde:K = constante determinada por el material semiconductor y la tcnica de construccin.VT = potencial en la curva segn se defini en la seccinVR = magnitud del potencial de polarizacin inversa aplicadon = 1/2 para uniones de aleacin y 1/3 para uniones de difusin

Fig.40 Simbologa del Diodo Varicap y Circuito equivalente

Fig. 41 Curva de Variacin de la capacitancia vs Tensin Inversa aplicadaLos 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.Ventajas y desventajas

El varicap tiene, entre otras, las siguientes ventajas: Menor tamao que los capacitores variables mecnicos. Posibilidad de sintona remota.

La principal desventaja del varicap es la dependencia de algunos de sus parmetros de la temperatura y por lo tanto requiere esquemas de compensacin.6. Diodo TunelEl fsico japons Esaki, descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminacin del material bsico mucho ms elevado que lo habitual exhiben una caracterstica tensin-corriente muy particular. La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensin aplicada hasta alcanzar un valor mximo, denominado corriente de cresta. A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensin aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mnimo, 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 ms rpido 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 fsicos denominan efecto tnel, para las aplicaciones prcticas del diodo tnel, la parte mas interesante de su curva caracterstica (ver figura 42) es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensin aplicada corresponde una disminucin de la corriente; en otros trminos, la relacin entre un incremento de la tensin 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. As, por ejemplo, las prdidas que se producen en un circuito resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor numrico conveniente y realizada por ejemplo, mediante un diodo tnel. En tal caso el circuito oscilante se transforma en un oscilador.

Fig. 42 Curva Caracterstica del Diodo tnelCuando el voltaje de polarizacin directa se encuentra entre 0,1V y 0,5V, la corriente empieza a reducirse con el aumento del voltaje, llevando a una caracterstica de corriente- voltaje en forma de S, la regin central de esta curva se llama la regin de resistencia negativa, el voltaje mnimo a la derecha de esta regin se denomina tensin de valle (VV); la corriente en este punto se llama corriente de valle ((V), y la corriente mxima que fluye a bajos voltajes se llama corriente de pico ((P) y la tensin en ese punto es el voltaje de pico (VP).El diodo tnel es til en aplicaciones de alta velocidad. Conforme aumenta la polarizacin directa, la corriente aumenta con rapidez hasta que se produce la ruptura, entonces la corriente cae rpidamente. Este a su vez es muy til debido a esta cesin de resistencia negativa la cual se desarrolla de manera caracterstica en el intervalo de 50mV a 250mv.

Fig. 43 Circuito equivalente y simbologa del Diodo Tnel7. Diodo De Contacto Puntual.El rectificador de contacto puntual consiste en un semiconductor sobre el que descansa la punta de un alambre delgado.La curva de corriente versus voltaje es cualitativamente similar a la del diodo de unin. Sin embargo, para un voltaje positivo dado, el diodo de contacto puntual conduce algo ms de corriente. Ms an, conforme el voltaje negativo aumenta, la corriente inversa tiende a aumentar ms bien que permanecer aproximadamente constante. La marca inflexin en la curva del diodo de unin en -V no ocurre en los diodos de contacto puntual, dado que el calentamiento de tal punto ocurre a voltajes mucho mas bajos y produce un aumento gradual de la conductancia en la direccin negativa.

CAPTULO IVAPLICACIONES DE LOS DIODOSEl diodo es un elemento semiconductor formado por la unin de dos pastillas semiconductoras, una de tipo P (nodo) y otra de tipo N (ctodo). Cuando la tensin en el nodo es ms positiva (o menos negativa) que la del ctodo, superndola en al menos 0,6 voltios en diodos de silicio y de 0,3 voltios en los de germanio, el diodo se encuentra polarizado directamente. En esta disposicin conducir el diodo y se comportar prcticamente como un cortocircuito (en su modelo ideal). Si la tensin en el nodo es menor que la correspondiente al ctodo, el diodo estar polarizado inversamente y no conducir, siendo equivalente a un circuito abierto (en su modelo ideal).

1.- Rectificador

Concepto

Los rectificadores se usan para transformar una seal alterna en una seal continua. Se usan por lo tanto en todos los circuitos electrnicos, salvo los que van alimentados por bateras. Cualquier dispositivo que permita circular la corriente en un solo sentido podemos decir que es un rectificador. Y ste es el caso de los diodos, pues nicamente cuando el nodo est a una tensin ms positiva que el ctodo dejar pasar la corriente a travs de l, con el sentido convencional de nodo a ctodo.

1.1.- Rectificador de Media onda

Un circuito rectificador de media onda slo rectifica la mitad de la tensin alterna presente en su entrada; es decir, cuando el nodo tenga una tensin sea mas positivo respecto a la tensin en el ctodo. Puede considerarse como un circuito en el que la unidad rectificadora est en serie con la tensin de entrada y la carga. Ver figura 44.

Fig. 44 Circuito Rectificador de Media Onda

En el circuito de la figura 44, cuando llega el semiciclo positivo de seal presente en el secundario del transformador al nodo del diodo, ste queda polarizado directamente y consecuentemente conducir; la tensin en la salida Vo vista en los terminales de la resistencia ser Vo = Vm-0,7 V, siendo Vm la amplitud de la seal de entrada.Cuando llegue el semiciclo negativo del secundario al nodo del diodo, ste quedar polarizado inversamente y no conducir, siendo Vo muy prxima a cero ya que siempre circular una pequesima corriente inversa.

Fig. 45 Seal de Salida de un Circuito Rectificador de Media Onda

Las tensiones caractersticas vendrn dadas por las siguientes ecuaciones:

Valor Eficaz de la tensin de Salida RMS Valor Medio o Tensin de corriente contina Aplicaciones. Se emplean como alimentacin de muchos sistemas de baja tensin y de aparatos universales, as como para proporcionar alta tensin a los osciloscopios.

1.2.- Rectificador de Onda Completa o Doble onda

El rectificador de doble onda, tambin denominado onda completa, est formado por dos rectificadores de media onda que funciona durante alternancias opuestas de la tensin de entrada.

Tipos:

Con Transformador de Toma Central Puente

Con Transformador de Toma Central

El secundario del transformador tiene en su punto intermedio una toma conectada a tierra, obtenindose as dos tensiones iguales y desfasadas 180 grados que se aplican alternativamente a los nodos de cada diodo.

Cuando llega el semiciclo positivo a un diodo, al otro le llega el semiciclo negativo, con lo cual uno conduce y el otro no, y viceversa. Consecuentemente siempre habr un diodo conduciendo, obtenindose en la salida nicamente semiciclos positivos.

En este circuito tenemos:

Fig. 46 Circuito Rectificador Doble Onda con Transformador de Toma Central

Fig. 47 Seal de Entrada al Circuito Rectificador Doble Onda con Transformador de Toma Central

Fig. 48 Seal de Salida del Circuito Rectificador Doble Onda con Transformador de Toma Central

Fig. 49 Seal presente en los Diodos D1 y D2Valor Eficaz de la tensin de Salida RMS Valor Medio o Tensin de corriente Continua

Aplicaciones. Se usan en sistemas de todos los equipos de comunicacin, teniendo un gran rendimiento y posibilidad de proporcionar una gran gama de tensiones con corrientes moderadas. Se utilizan mucho para la carga de bateras porque as se evita el peligro de la saturacin del ncleo del transformador.

Tipo Puente

Son cuatro rectificadores de media onda conectados en la forma indicada en el circuito.

Fig. 50 Circuito Rectificador Onda Completa Tipo Puente La tensin alterna se aplica entre las uniones de un nodo y un ctodo de dos diodos, obtenindose la salida en el punto de unin de dos ctodos (polo positivo) y de dos nodos (polo negativo).

Durante el semiciclo positivo de la seal de entrada conducen dos diodos, cerrndose el circuito de circulacin de la corriente por la resistencia de carga; durante el semiciclo negativo conducirn los otros dos diodos, cerrndose el circuito tambin por la resistencia de carga. As se obtiene en la salida nicamente semiciclos positivos tal como ocurra en el circuito rectificador de doble onda anterior.

Fig. 51 Circuito Rectificador Onda Completa Tipo Puente En este rectificador las frmulas y el tipo de aplicaciones son las mismas que en el anterior, aunque debemos tener en cuenta que la tensin de salida ser 0,7 voltios inferior pues al haber dos diodos conduciendo la cada de tensin ser ahora de 0,7+0,7=1,4. Sin embargo, la ventaja que presenta es que el transformador no necesita toma intermedia y que la tensin inversa se reparte entre dos diodos en cada semiciclo, no sobre uno slo como en el circuito anterior.Valor Eficaz de la tensin de Salida RMS Valor Medio o Tensin de corriente contina 2.- Factor de Forma F y ndice de Ondulacin (Factor de Rizo)2.1.- Factor de Forma FfEl factor de forma de una rectificacin es la relacin que existe entre el valor eficaz total de la magnitud ondulada y su valor medio

Cuanto mas se acerca a la unidad el factor de forma, mejor ser la rectificacin obtenida.

2.2.-ndice de Ondulacin o Factor de Rizo FrEl ndice de modulacin es igual al cociente entre el valor eficaz de la ondulacin exclusivamente y su valor medio.

3.-Comparacin Entre los Diferentes Rectificadores

El rectificador de media onda tiene un ndice de ondulacin igual a 1,21. Este resultado indica que la tensin eficaz de ondulacin es mayor que la tensin promedio de salida y este tipo de rectificador es un circuito relativamente malo para convertir corriente alterna en continua.El rendimiento que se obtiene con este tipo de rectificador era realmente bajo, ya que medio perodo de la corriente quedaba completamente intil.

El otro tipo de rectificador doble onda, no presenta este problema. Sin embargo este rectificador plantea otro problema, ahora en los diodos. La tensin inversa que debe soportar los diodos es el doble de la tensin rectificada.

Debemos tambin tener para este tipo de rectificador un transformador con toma central en el secundario.

El rectificador tipo puente soluciona estos problemas.

Las desventajas del rectificador tipo puente son las siguientes:

Necesidad de utilizar dos diodos por fase (el doble de diodos que el rectificador con toma central) y necesidad que estos diodos posean una resistencia directa pequea.

Las Ventajas son:

La tensin inversa que debe soportar cada diodo es la mitad que en el caso con transformador con toma central.

El transformador no necesita toma central.

En conclusin se utiliza siempre un rectificador de onda Completa que tiene un ndice de ondulacin ms interesante que el media onda.El rectificador tipo puente es el que se utiliza con ms frecuencia.

La corriente rectificada en cada tipo tiene una componente alterna muy importante. Debemos separar esta componente de la corriente, es decir filtrarla.4.-Filtraje.La salida de cualquiera de los rectificadores anteriormente expuestos debe ser modificada para que se aproxime lo ms posible a una tensin continua pura. Para ello se utiliza un filtro (tipo paso bajo) para as aplanar los impulsos rectificados.4.1.- Filtraje con condensadorCon frecuencia el filtraje se efecta colocando un condensador en paralelo con la carga. El funcionamiento de este sistema se basa en que el condensador almacena energa durante el perodo de conduccin y entrega esta energa a la carga durante el perodo inverso, o de no conduccin. De esta forma, se prolonga el tiempo durante el cual circula corriente por la carga, y se disminuye notablemente el rizado.Rectificador de media onda con filtro capacitivoEl condensador en los filtros paso bajo va en paralelo con el rectificador y la carga. Su capacidad debe ser grande para que la reactancia que presente sea mucho menor que la resistencia de la carga.

Fig. 52 Circuito Rectificador de Media Onda con Filtro CapacitivoEn el semiciclo positivo de la seal de entrada el diodo conduce, cerrndose as el circuito y haciendo que el condensador se cargue a una tensin muy prxima a la tensin de pico de salida del secundario del transformador. Debe elegirse con gran cuidado el diodo y el condensador para evitar que cuando el condensador se encuentre totalmente descargado, el primer pico de corriente sea excesivamente grande y dae al diodo.

Durante el semiciclo negativo de la seal de entrada (Vs) el diodo no conduce, comportndose prcticamente como un circuito abierto. El condensador se descargar sobre la resistencia hasta que empiece un nuevo semiciclo positivo en el secundario del transformador, volviendo a cargarse el condensador en cuanto la tensin de entrada supere a la que conserva entre sus extremos el condensador.

Fig. 53 Seal de Salida de tensin (VO) y Corriente id Circuito Rectificador Media Onda con Filtro Capacitivo.En ese momento el condensador volver a recuperar la carga perdida hasta alcanzar el valor de pico de la tensin de entrada, y as sucesivamente se vuelve a repetir el suceso.

La magnitud del segundo pico de corriente, y los sucesivos, son bastante inferiores al primero y dependern de la carga que aun conserve el condensador y tambin de la capacidad del mismo.

Podemos observar en el osciloscopio que ya no existe vaco en la seal entregada por el rectificador sin filtro, resultando as la seal ms plana. Aumentando la capacidad del condensador, la inclinacin de la descarga sera menor y con ello disminuira el factor de rizado; sin embargo, tal capacidad no puede aumentarse en exceso porque el impulso de corriente que se producira en el instante de inicio de la carga alcanzara una intensidad capaz de daar al diodo.La constante de tiempo del condensador y la resistencia de carga debe ser grande comparada con el perodo de la seal de entrada: RLC>>>T.Filtro a condensador en el rectificador de doble onda

En este caso, el efecto producido por el condensador es el mismo, pero el tiempo de descarga se reduce a la mitad y consecuentemente la magnitud de los impulsos de corriente disminuye.

Fig. 54 Circuito Rectificador Onda Completa con Filtro CapacitivoLa tensin de salida del circuito y la corriente sern idnticas a las obtenidas en el rectificador de media onda; ahora bien, al ser el doble la frecuencia de los semiciclos que llegan al condensador, la tensin de rizado ser menor y se obtendr una tensin ms constante.

Fig. 55 Seal de Salida Circuito Rectificador Onda Completa con Filtro CapacitivoEn la figura 55 podemos ver las distintas tensiones y tiempos que se emplearn en el anlisis del calculo del factor de rizado. Hay que tener en cuenta que, como se supone un rizado bajo, la seal que se considera de salida es una onda en diente de sierra si la constante de tiempo RLC es grande frente al perodo de la seal, o sea RLC>>>T como la siguiente:

Fig. 56 Mtodo Grfico para estimar el factor de rizado A partir de esta seal, deducimos que la tensin de continua a la salida viene dada como: , donde Vm es la tensin de pico de la seal rectificada. Se observa de dicha tensin de continua es la tensin de pico menos el valor medio del rizado, el cual en este caso sencillo coincide con Vr/2.El condensador se descarga linealmente durante T/2, luego la carga perdida se puede expresar como: y nos queda que la tensin de rizado y de continua vienen dadas por las ecuaciones:

El rizado se puede definir como:

Vrms: Valor eficaz de la componente alterna

Vdc: Componente continaObtenemos el valor eficaz de la componente alterna aplicando la definicin, y nos queda:

Ahora substituimos el valor Vrms obtenido en la frmula del rizado:

De nuevo se deduce que r disminuye con f, C y RL.Filtro en PI con resistencia

La particularidad de este filtro es que lleva dos condensadores de filtro, unidos por una resistencia que tambin podra ser una bobina.

Fig. 57 Filtro en ( con resistencia

La carga y descarga del primer condensador produce un efecto como en el rectificador de media o doble onda con filtro a condensador. La resistencia entre ambos condensadores hace que se aplane aun ms la seal, llegndole al segundo condensador una corriente relativamente constante. Por ltimo, la carga y descarga de este ltimo condensador, debido a la componente alterna, aplana todava ms las fluctuaciones y a la carga llegar una corriente continua relativamente pura.

Estos filtros no son buenos porque, debido a la cada de tensin en la resistencia, disminuir la tensin en la salida del circuito y es muy posible que sta sea insuficiente. Se emplean nicamente cuando la corriente demandada sea pequea (consecuentemente la cada de tensin ser despreciable en la resistencia entre condensadores). Tal es el caso dado, por ejemplo, en la alimentacin de alta tensin en los tubos de rayos catdicos en los que se necesita una alta tensin con una baja corriente.5- Doblador de TensinUn circuito multiplicador de tensin est formado por diversos rectificadores de media onda y condensadores dispuestos especialmente para entregar una tensin mltiplo de la recibida en su entrada.

En el caso de un doblador, la tensin en la salida ser, en principio, el doble de la tensin mxima de la seal de entrada.

Fig. 58 Circuito Doblador de TensinCuando el interruptor est abierto, el circuito es similar al rectificador de onda completa, con una salida de aproximadamente Vm cuando los condensadores son grandes. Cuando el interruptor est cerrado, el circuito opera como un doblador de tensin. C1 se carga hasta Vm a travs de D1 cuando la seal del generador es positiva y C2 se carga hasta Vm a travs de D4 cuando la seal del generador es negativa. La tensin de salida ser 2Vm. En este modo, los diodos D2 y D3 estn polarizados en inversa. El circuito doblador de tensin es til cuando se precisa utilizar el equipo en sistemas de diferentes estndares de tensin. Por ejemplo, se podra disear un circuito para que operase correctamente tanto en Venezuela, donde la tensin de la red es de 120 V, como en otros lugares donde la tensin de la red es de 240 V.Si seguimos disponiendo diodos y condensadores iremos haciendo que la tensin de salida sea el triple, cudruplo, etc. de la seal alterna de entrada.

6.- Limitador De TensinEstos circuitos se emplean cuando se quiere seleccionar parte de una onda a unos valores predeterminados. Su funcin se basa en el hecho de que un diodo no conduce hasta que no esta polarizado directamente. Podemos distinguir dos tipos Limitador Serie

Limitador Paralelo

Limitador Positivo

Limitador negativo

Limitador Parcial o Polarizado de un nivel Limitador Parcial Doble o Polarizado de dos niveles6.1.- Limitador Serie PositivoEn el la seal de salida se obtiene en serie con el diodo, son un caso particular de los rectificadores de media onda.

Fig. 59 Circuito Limitador Serie

Fig. 60 Seal de Entrada y Salida de un Circuito Limitador Serie Positivo

El la figura 60 se puede apreciar la seal de entrada y salida del circuito anterior se observa que tiene la misma forma de onda que un circuito rectificador de media onda.6.2.- Limitador Serie Negativo

En este el diodo entra en conduccin para los valores del semiciclo negativo de la seal de entrada, y no conduce para los valores positivos de la seal de entrada.

Fig. 61 Circuito Limitador Serie Negativo

Fig. 62 Seal de Entrada y Salida de un Circuito Limitador Serie Negativo

6.3.- Limitador Paralelo

En ellos la seal de salida se obtiene paralelo con el diodo, pueden ser positivos o negativo depende de la posicin del diodo.Fig. 63 Circuito Limitador Paralelo (a) Positivo (b) Negativo

Fig. 64 Seales de Salida de los Circuito Limitador Paralelo (a) Positivo (b) Negativo

6.4.- Limitador Parcial o Polarizado de un nivel En ellos la seal de salida se observa la unin del diodo en serie con una fuente de tensin que puede ser positiva o negativa respecto a tierra.Ejemplo aFig. 65 Circuito Limitador Polarizado de un nivel.>>> Semiciclo positivo de la tensin de entrada:

Cuando la tensin de entrada es menor que la tensin de la fuente continua, el diodo queda polarizado inversamente (circuito abierto), con lo cual la tensin de salida es igual a la tensin de entrada (VO =VS).

Cuando la tensin de entrada es mayor que la tensin de la fuente continua, el diodo queda polarizado directamente (cortocircuito), siendo ahora la tensin de salida igual al valor de la fuente mas la tensin del diodo (VO=VDC+ VD= 5,7V).

>>> Semiciclo negativo de la tensin de entrada:

Como la tensin de entrada es menor que la tensin de la fuente continua, el diodo se encontrar polarizado inversamente (circuito abierto) y la tensin en la salida ser igual a la de la entrada (VO = VS).

Fig. 66 Seal de Salida de un Circuito Limitador Polarizado de un Nivel

Ejemplo b

Fig. 67 Circuito Limitador Polarizado de un nivel.>>> Semiciclo positivo de la tensin de entrada:

Cuando la tensin de entrada es menor que la tensin de la fuente continua, el diodo se polariza directamente (cortocircuito) y consecuentemente la tensin de salida es igual a la tensin de la fuente continua mas la tensin del diodo (VO=VDC+VD= 5,7V).

Si la tensin de entrada es mayor que la de la tensin de la fuente continua, el diodo queda polarizado inversamente (circuito abierto) y consecuentemente la tensin en la salida ser igual a la de la entrada (VO=VS).

>>> Semiciclo negativo de la tensin de entrada:

Como la tensin de entrada es menor que la tensin de la fuente de continua, el diodo queda polarizado directamente y la tensin en la salida ser igual a la tensin de la fuente continua mas la tensin del diodo (VO=VDC+VD= 5,7V).

Fig. 68 Seal de Salida de un Circuito Limitador Polarizado de un Nivel

Ejemplo c

Fig. 69 Circuito Limitador Polarizado de un nivel.>>> Semiciclo positivo de la tensin de entrada:

Como la tensin de entrada es mayor que la tensin de la fuente continua, el diodo que