Instituto Tecnolgico de la Lagunadepartamento metal-mecnicaasignatura: electrnica Analgica

Ingeniera Mecatrnica Unidad I: DIODOS1.2 Tipos de Diodos

Facilitador de la materia: Ing. Miguel Marn HernandezAgosto de 2015Torren, Coahuila

Alpha Shalom Crdenas Gonzlezn de control: 13130728

Diodo rectificador El diodo ms antiguo y utilizado es el diodo rectificador que conduce en un sentido, pero se opone a la circulacin de corriente en el sentido opuesto. La figura nmero 1 muestra el smbolo de este elemento.Smbolo del diodo rectificador.

CARACTERISTICAS DEL DIODO RECTIFICADOR.Las caractersticas de su funcionamiento estn definidas por una curva denominada curva caracterstica del diodo rectificador, representada en la figura nmero 2.- Polarizacin inversa de un diodo. Se conecta una batera a los extremos del diodo, de manera que el termina negativo se una al nodo y el positivo al ctodo. Se observa que a travs del diodo fluye una pequea corriente, denominada de fugas o corriente inversa de saturacin del diodo. Esta corriente es muy pequea, pero aumenta con la temperatura, por lo tanto la resistencia inversa del diodo disminuye con la temperatura. Esta corriente es independiente de la tensin aplicada, siempre que est sea menor a una valor denominado tensin de ruptura. A partir de esta tensin la corriente aumenta rpidamente con pequeos incrementos de tensin.- Polarizacin directa de un diodo. Si se conecta la fuente de tensin al diodo de forma que el potencial negativo este unido al ctodo y el positivo al nodo se dice que el diodo est en polarizacin directa. Al aplicar est tensin el diodo conduce.- Tensin de codo, de partida o umbral. Es la tensin, en polarizacin directa, por debajo de la cual la corriente es muy pequea (menos del 1% del mximo valor nominal). Por encima de esta tensin la corriente sube rpidamente. Esta tensin es de 0,2-0,3 V en los diodos de germanio y de 0,6-0,7 V en los de silicio.- Resistencia interna. Cuando el diodo trabaja en la zona de polarizacin directa, con pequeas variaciones de tensin la corriente aumenta rpidamente, lo nico que se opone al paso de la corriente es la resistencia de las zonas "p" y "n". A la suma de estas resistencias se le llama resistencia interna del diodo, rB = rp + rn. ESPECIFICACIONES DE UN DIODO RECTIFICADOR.- Corriente mxima de polarizacin directa: es el valor medio de corriente para el cual el diodo se quema debido a una excesiva disipacin de potencia. Este valor nunca se debe alcanzar, por ello, al igual que en el caso de la tensin inversa de ruptura se utiliza en diseo un factor de seguridad que suele ser 2. Este valor est expresado en la hoja de caractersticas del diodo referido a alimentacin monofsica, carga resistiva, 50 o 60 Hz y a 75 C de temperatura.- Cada de tensin con polarizacin directa: esta medida se realiza con una seal alterna y se obtiene la cada de tensin con polarizacin directa, para un valor determinado de corriente y una temperatura de 25 C.- Corriente inversa mxima: es la corriente con polarizacin inversa para una tensin continua determinada que viene indicada en la hoja de caractersticas del diodo. El valor de la corriente inversa se da para diferentes temperaturas. APLICACIONES DEL DIODO RECTIFICADOR

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

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

Diodo ZenerEldiodo zeneres un tipo especial dediodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus caractersticas de polarizacin directa y polarizacin inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.Smbolo del diodo Zener.

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO ZENER: Existe otro tipo de diodo, el llamado diodo Zener, cuyas caractersticas en polarizacin directa son anlogas a las del diodo de unin estudiado en la prctica anterior (figura 2 a), pero que en polarizacin inversa se comporta de manera distinta (figura 2 b), lo que le permite tener una serie de aplicaciones que no posea el anterior.

Cuando el diodo esta polarizado inversamente, una pequea corriente circula por l, llamada corriente de saturacin IS, esta corriente permanece relativamente constante mientras aumentamos la tensin inversa hasta que elvalorde sta alcanza VZ, llamada tensin Zener (que no es la tensin de ruptura zener), para la cual el diodo entra en la regin de colapso. La corriente empieza a incrementarse rpidamente por el efecto avalancha.En esta regin pequeos cambios de tensin producen grandes cambios de corriente. El diodo zener mantiene la tensin prcticamente constante entre sus extremos para un amplio rango de corriente inversa.Obviamente, hay un drsticocambiode laresistenciaefectiva de la unin PN.

CARACTERISTICAS Y APLICACIONES DEL DIODO ZENER.

El diodo zener viene caracterizado por:1. Tensin Zener Vz.2. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia: C: 5%)3. Mxima corriente Zener en polarizacin inversa Iz.4. Mxima potencia disipada. 5. Mximatemperaturade operacin del zener.

Aplicacin: Regulador Zener.Una de las aplicaciones ms usuales de los diodos zener es su utilizacin como reguladores de tensin. La figura 4 muestra el circuito de un diodo usado como regulador

Este circuito se disea de tal forma que el diodo zener opere en la regin de ruptura, aproximndose as a una fuente ideal de tensin. El diodo zener est en paralelo con una resistencia de carga RL y se encarga de mantener constante la tensin entre los extremos de la resistencia de carga (Vout=VZ), dentro de unoslmitesrequeridos en el diseo, a pesar de los cambios que se puedan producir en la fuente de tensin VAA, y en la corriente de carga IL.Diodo Varactor.

Eldiodo Varicapconocido comodiodo de capacidad variableovaractor, es un diodo que aprovecha determinadas tcnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensin aplicada, como uncondensadorvariable. Polarizado en inversa, este dispositivo electrnico presenta caractersticas que son de suma utilidad en circuitos sintonizados (L-C), donde son necesarios los cambios de capacidad.

Smbolo del diodo Varactor.

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO VARACTOR.El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenmeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unin PN vare en funcin de la tensin inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensin, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo as la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensado variable controlado por tensin. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensin inversa mnima tiene que ser de 1 V.La capacidad formada en extremos de la unin PN puede resultar de suma utilidad cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual est situado el diodo. APLICACIN DEL DIODO VARACTOR.La utilizacin ms solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecnicos de condensador variable en etapas de sintona en todo tipo de equipos de emisin y recepcin.Ejemplo, cuando se acta en la sintona de un viejo receptor de radio se est variando (mecnicamente) el eje del condensador variable que incorpora ste en su etapa de sintona; pero si, por el contrario, se acta sobre la ruedecilla o, ms comnmente, sobre el botn (pulsador) de sintona del receptor de TV a color lo que se est haciendo es variar la tensin de polarizacin inversa de un diodo varicap contenido en el mdulo sintonizador del equipo.

PRINCIPALES CARACTERISTICAS.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 [diodo]s 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)dnde: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 = para uniones de aleacin y 1/3 para uniones de difusin

Diodo LEDEl LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo, entre otros. Elctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanioSi se pasa una corriente a travs del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.Smbolo del diodo LED.

Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinacin de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO LED.Elcolorde la luz emitida por los fotones de un LED en particular se corresponde con una determinada frecuencia delespectro electromagnticovisible al ojo humano. Sin embargo, existen LEDs cuya luz no es visible, como ocurre con los materiales que emiten fotones de rayos infrarrojos IR y ultravioletas UV. En cualquier caso, la luz y color de un determinado LED depende de la composicin qumica de los materiales semiconductores utilizados en la fabricacin del chip.

Cuando a un diodo LED le aplicamos corriente elctrica procedente de una batera o de cualquier otra fuente de corriente directa (C.D.) con el fin de polarizarlo directamente, los electrones comienzan a fluir desde la regin N (ctodo) hacia la regin P (nodo). Cada vez que un electrn atraviesa la barrera de potencial que se forma en el punto de unin o juntura entre ambas regiones del diodo para unirse a un hueco emite, simultneamente, un fotn de luz. De esa forma el electrn libera el exceso de energa que adquiri previamente para poder ingresar en la rbita de un tomo que posea un hueco libre. La luz y color correspondiente a la energa que libera el electrn cuando eso ocurre, puede que sea visible o no al ojo humano, cuestin sta que depende de la composicin qumica de los materiales semiconductores que se han utilizado para fabricar el diodo.

APLICACIONES DEL DIODO LED.Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habindose generalizado su uso en otros electrodomsticos como equipos de aire acondicionado, equipos de msica, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, as como en dispositivos detectores.Los LED se emplean con profusin en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de sealizacin (de trnsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. Tambin se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal lquido de telfonos mviles, calculadoras, agendas electrnicas, etc., as como en bicicletas y usos similares. Existen adems impresoras LED.

Tambin se usan los LED en el mbito de la iluminacin (incluyendo la sealizacin de trfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus prestaciones son superiores a las de la lmpara incandescente y la lmpara fluorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminacin con LED presenta indudablesSe utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situacin especfica de funcionamiento y desplegar contadores.- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentacin de corriente continua.

- Para indicar la actividad de una fuente de alimentacin de corriente alterna.

- En dispositivos de alarma.

Fotodiodo

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor comn, pero tiene una caracterstica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente elctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina). Smbolo del fotodiodo

PRINCIPIO DE OPERACIN DEL FOTODIODO.Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz. En ausencia de luz la corriente presente es muy pequea y recibe el nombre decorriente de oscuridad.Fotodiodos de avalanchaTienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo.

APLICACIONES DEL FOTODIODO. A diferencia delLDR, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminacin y viceversa con mucha ms velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta ms pequeo. Se usa en los lectores de CD, recuperando la informacin grabada en el surco del Cd transformando la luz del haz lser reflejada en el mismo en impulsos elctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados. Usados en fibra ptica

Diodo Shokley

Undiodo Shockleyes un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: uno de bloqueo o de alta impedancia y de conduccin o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barreraSchottky.Est formado por cuatro capas desemiconductorde tipo N y P, dispuestas alternadamente. Es un tipo detiristor.

Smbolo del diodo shokley

CARACTERISTICAS DEL DIODO SHOKLEY.La caracterstica Tensin-Corriente (V-I) se muestra en la figura. La regin I es la regin de alta impedancia y la III, la regin de baja impedancia. Para pasar del estado apagado al de conduccin, se aumenta la tensin en el diodo hasta alcanzar la tensin de conmutacin, denominada Vs. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviesa se incremente y

y disminuya la tensin, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la regin III (Punto B). Para volver al estado apagado, se disminuye la corriente hasta la corriente de mantenimiento, denominada Ih. En ese instante el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todava ms la corriente, mientras aumenta la tensin en sus terminales, cruzando la regin II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la regin I (Punto A). La tensin inversa deavalanchaes denominada Vrb.

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO SHOKLEY.Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en separar su estructura fsica en dos mitades.La mitad izquierda es untransistorNPN y la mitad derecha PNP, resultando el circuito mostrado en la figura 12.3.d que normalmente es referido como candado.Las caractersticas elctricas de undiodo de cuatro capasse muestran en la grfica de la figura 12.3. En esta grfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro regiones de operacin:

1.- Zona directa (V > 0)1.a) Regin de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy bajas. En esta regin se puede modelar como unaresistenciaROFFde valor

1.b) Regin de resistencia negativa. Cuando la tensin entre nodo y ctodo es suficientemente alta se produce la ruptura de la unin con un incremento muy elevado en corriente comportndose el diodo como si fuera una resistencia negativa debido a la realimentacin positiva de su estructura.1.c) Regin de saturacin o conduccin. En esta regin, la cada de tensin entre nodo y ctodo est comprendida entre 0.5V y 1.5V, prcticamente independiente de la corriente. Se mantendr en este estado siempre que la tensin y corriente alcancen unos valores mnimos conocidos como niveles de mantenimiento definidos por VHe IH.2.- Zona inversa (V < 0 )2.a) Regin de ruptura.El diodo puede soportar una tensin mxima inversa VRSMque superado ese valor entra en conduccin debido a fenmenos de ruptura por avalancha.

Diodo TnelElDiodo tneles undiodosemiconductorque tiene unauninpn, en la cual se produce el efecto tnel que da origen a unaconductanciadiferencial negativa en un cierto intervalo de la caractersticacorriente-tensin. La presencia del tramo deresistencianegativa permite su utilizacin como componente activo (amplificador/oscilador).Tambin se conocen comodiodos Esaki, en honor del hombre que descubri que una fuerte contaminacin con impurezas poda causar un efecto de tunelizacin de los portadores de carga a lo largo de la zona de agotamiento en la uninSmbolo del diodo tnel

CARACTERISTICAS DEL DIODO TUNEL.Una caracterstica importante del diodo tnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarizacin directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo tnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que estn relativamente libres de los efectos de la radiacin. COMPORTAMIENTO Y FUNCIONAMIENTO DEL DIODO TUNEL.Eldiodo Tunnelse comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando unatensinaplicada en sentido directo.- Cuando se aplica una pequea tensin, eldiodo tunnelempieza a conducir (lacorrienteempieza a fluir).- Si se sigue aumentando esta tensin la corriente aumentar hasta llegar un punto despus del cual la corriente disminuye.- La corriente continuar disminuyendo hasta llegar al punto mnimo de un "valle" y- Despus volver a incrementarse. En esta ocasin la corriente continuar aumentando conforme aumenta la tensin.Este comportamiento de la corriente en funcin de la tensin en eldiodo tunnelse puede ver en el siguiente grfico.

- Vp: Tensin pico- Vv: Tensin de valle- Ip: Corriente pico- Iv: Corriente de valleLa regin en el grfico en que la corriente disminuye cuando la tensin aumenta (entre Vp y Vv) se llamazona de resistencia negativaLosdiodos tunneltienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rpidamente, cambiando de estado de conduccin al de no conduccin incluso ms rpido que los diodos Schottky.Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando estn polarizados en inversa.As estos diodos slo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitososciladoresde alta frecuencia. APLICACIONES DEL DIODO TUNEL.Este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando estn polarizados en reversa. As estos diodos slo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.

Diodo Swicheo.

Los diodo swicheo son un solo diodo pn en un paquete discreto. Un diodo de conmutacin proporciona la misma funcionalidad que un interruptor. Tiene una alta resistencia por debajo de la tensin aplicada especificado similar a un interruptor abierto, mientras que por encima de que el voltaje cambia de forma repentina a la baja resistencia de un interruptor cerrado. Diodos de conmutacin se utilizan en dispositivos como modulacin en anillo.Smbolo del diodo swicheo

TIPOS DE DIODO SWICHEO.Hay muchos tipos diferentes de diodos de conmutacin. En Future Electronics almacenamos muchos de los tipos ms comunes clasificados por disipacin de potencia, el tiempo mximo de recuperacin inversa, mxima tensin inversa, corriente mxima de avance promedio, tipo de embalaje y la corriente pico mximo. Los filtros paramtricos en nuestro sitio web pueden ayudar a refinar sus resultados de bsqueda en funcin de las especificaciones requeridas.Los valores ms comunes para la disipacin de potencia son 200 mW, 250 mW, 350 mW y 500 mW. Tambin llevamos diodos de conmutacin con la disipacin de potencia de hasta 1 kW. El tiempo mximo de recuperacin inversa puede tener un rango de 1 a 50 ns nosotros, con el mximo tiempo de recuperacin inversa ms comn es 4 ns.El diodo de swicheo es la funcin ms bsica de casi todas las aplicaciones electrnicas. Diodos de conmutacin tambin se utilizan en aplicaciones de rectificadores de alta velocidad, como en los receptores de radiofrecuencia. Las aplicaciones tambin incluyen la conmutacin de alta velocidad, el cambio de uso general y la proteccin de polaridad inversa en el consumidor, y la industria de las telecomunicaciones de la automocin.Elegir el diodo de swicheo derecha: Cuando usted est buscando el derecho de cambiar los diodos, con la bsqueda paramtrica FutureElectronics.com, puede filtrar los resultados por varios atributos: por Mximo Tiempo de recuperacin inversa (1 ns, 4 ns, 50 ns, ...), Mximo pico de corriente (4 mA, 2 A, 4 A, ...) y la potencia de prdidas (de 80 mW a 1 kW) por nombrar algunos. Usted ser capaz de encontrar el diodo derecho rpida conmutacin, diodo de swicheo 1N914, 1N4148 diodo de conmutacin o cualquier otro tipo de diodo de conmutacin.Bibliografia.

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