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GUÍAS ARIEL SOBRE ELECTRÓNICA BÁSICA :
DIODOS

 
 

El amigo Ariel Palazzesi, Webmaster de la página amiga uControl nos brinda una nueva y magnífica Guía sobre Electrónica Básica, en este caso dedicada a los Diodos semiconductores.

 

 

   Siguiendo con la serie de guías sobre los temas mas básicos de la electrónica, hoy les toca el turno a los diodos. Aquellos que deseen estas guías en formato PDF pueden descargarlas de www.ucontrol.com.ar . Saludos!


DIODOS

   Los componentes que hemos visto hasta ahora tienen la particularidad de comportarse de la misma manera en un circuito independientemente del sentido en que la corriente los atraviesa. En el caso de los diodos, existe una característica de no-linealidad que los hace asimétricos. Esto implica que no es lo mismo conectarlos al circuito del que forman parte de una u otra manera, por lo que cada terminal tiene un nombre particular, y están debidamente señalados en el componente.

   El diodo es un componente que se desarrollo como solución al problema de transformar corriente alterna en corriente continua. Dentro de esta función, se incluye la tarea indispensable que desempeñan en cualquier receptor de radio o TV: la detección o desmodulación.

 


Diodo Zener con cápsula de vidrio.


UNIÓN PN

   Físicamente, un diodo consiste en una unión PN con dos terminales. Al que se encuentra unido eléctricamente al cristal P, se le denomina ánodo, y suele representarse mediante la letra A; y el que es solidario con la zona N se lo llama cátodo, que se simboliza por la letra C (o K).

   Internamente, un diodo consiste en una “unión PN”, que es la unión de dos materiales semiconductores, uno con déficit de electrones (P) y otro con exceso de ellos (N). Cuando ambos cristales se unen, algunos electrones de la zona P se difunden hacia la N. Esta corriente de electrones provoca la aparición de cargas fijas a ambos lados de la unión, en una zona que recibe nombres tales como zona de deflexión o zona de carga espacial. El espesor de esta zona ronda la media millonésima parte de un metro (1/2 micra), aunque en algunos diodos de construcción especial puede ser bastante mayor.

 


 Un diodo es la aplicación práctica de una unión PN.


Polarización

   Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, existiendo dos posibilidades: polarización directa o polarización inversa.

   Si la corriente traviesa el diodo en el sentido de la flecha, es decir, con el positivo de la fuente de alimentación conectado al ánodo, y el negativo en el cátodo se dice que esta polarizado en forma directa, y presenta una resistencia muy baja, por lo que los electrones atraviesan la juntura sin dificultad, comportándose prácticamente como un cortocircuito.

   En el segundo caso, esto es, cuando se intenta hacer circular la corriente desde el cátodo hacia el ánodo, en el sentido opuesto a la flecha, podremos ver que los electrones son incapaces de saltar a través de la juntura, y el diodo se comporta como un circuito abierto.

Diodo ideal

   Todo lo expresado hasta aquí se refiere al funcionamiento de un diodo ideal. Esto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto, de manera de simplificar su entendimiento, tanto en polarización directa como en polarización inversa. En la practica, el diodo en directa presenta una pequeña resistencia, y en inversa un resistencia alta, pero no infinita.

Aplicaciones del diodo

   Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero seguramente una de la más populares es la de actuar como rectificador, es decir, convirtiendo una corriente alterna en una corriente continua.

Tipos de diodos

   De acuerdo a la forma en que se fabrican, o a sus características intrínsecas, existen varios tipos de diodos. Se puede realizar una clasificación de forma que queden agrupados en familias, donde sus integrantes tienen características similares.

   En primer lugar, tal y como mencionábamos antes, tenemos a los diodos rectificadores. Esta familia esta compuesta por un número enorme de diodos especialmente concebidos para convertir una corriente alterna en continua. El encapsulado de estos diodos depende básicamente de la potencia que deban manejar. Si están pensados para potencias bajas, menores a un vatio, se encapsulan en plástico. Por encima de este valor se hace necesario un encapsulado metálico para que sea capaz de evacuar el calor generado en su interior, y para potencias aún mas altas se incluye en la cápsula algún agujero o aleta que permita la fijación de un radiador mediante tornillos. En el capitulo dedicado a las fuentes de alimentación volveremos a hablar de este tipo de diodos.

 


Diodo rectificador de potencia



   Otra familia numerosa es la de los diodos de señal, que engloba a aquellos dispositivos dedicados al tratamiento de las señales dentro de un circuito analógico o para realizar funciones de tipo digital en las compuertas lógicas. Son de baja potencia, debido a que las corrientes implicadas son generalmente muy pequeñas. La cápsula que protege a estos diodos suele ser también plástica, o muy frecuentemente de vidrio, con el cátodo indicado mediante una banda continua que rodea el extremo correspondiente.

 


Diodos rectificadores de baja potencia.


   Los diodos de conmutación o rápidos están especialmente concebidos para trabajar con señales del tipo digital o lógicas que presenten tiempos muy cortos, inferiores a unos pocos nanosegundos. El parámetro que caracteriza a estos diodos es el tiempo de recuperación inverso, que expresa el tiempo que tarda la unión PN en desalojar las cargas que se ubican a ambos lados de la juntura cuando esta polarizado en forma inversa y súbitamente recibe un cambio de tensión que lo polariza en forma directa.

   Los diodos estabilizadores de tensión, también llamados diodos zener, se emplean para producir una tensión entre sus terminales muy constante y relativamente independiente de la corriente que los atraviesan. Se aprovecha para su funcionamiento una propiedad muy interesante que presentan las uniones PN. Normalmente, polarizados en forma inversa no permite prácticamente el pasaje de corriente, pero al alcanzar una determinada tensión, llamada tensión zener, se produce un aumento de la cantidad de corriente que lo atraviesa, manteniendo la tensión entre sus terminales prácticamente constante, aunque se intente hacerla variar aumentando o disminuyendo la corriente que por el circula.

 


 Puente de diodos, o cuatro diodos dentro de una misma cápsula.


   También suelen formar parte de las etapas de alimentación de muchos circuitos.

   También existe un tipo muy especial de diodo, conocido como diodo varicap, que presentan la particularidad de variar la capacidad parásita que aparece en su juntura a medida que varía la tensión aplicada a sus terminales, y que suele emplearse en circuitos de sintonía.

   Por ultimo, hay un tipo muy particular de diodo, que es sensible a la incidencia de luz (visible o infrarroja), la que produce una separación entre los huecos y electrones que se acumulan en la juntura, variando las características de conducción del dispositivo.

   Utilizado ampliamente como receptor de controles remotos de la gran mayoría de los electrodomésticos, reciben el nombre de fotodiodos.

Diodos LED

   Dejamos para el final un tipo especial de diodo, que seguramente todos hemos visto: el diodo LED.

   En 1921 el físico Albert Einstein recibió el premio Nóbel de esa ciencia, pero contrariamente a lo que muchos creen no fue por su teoría de la relatividad, sino por un estudio en apariencia mucho más modesto: el efecto fotoeléctrico. Einstein explico como en algunos materiales, al ser sometidos a una luz intensa generaban una pequeña corriente eléctrica, y también que al ser sometidos a una corriente eléctrica, emiten luz. La luz producida mediante el llamado efecto fotoeléctrico tiene una frecuencia determinada (es decir, es de un sólo color), que depende del tipo de material. Algo parecido a lo que ocurre en un rayo láser, pero sin la coherencia que presenta el haz de luz de este ultimo.

   Como en electrónica todo parece tener una sigla por nombre, se los llamo LED: Light Emiting Diode, o Diodo Emisor de Luz en español.

   Efectivamente, presente en forma de luz piloto en casi todos los componentes electrónicos de consumo, es la aplicación practica de un efecto físico que permite la emisión de luz (fotones) cuando se recombinan un electrón y un hueco dentro de la unión PN que forma el diodo.

   Este tipo particular de diodo se encapsula en plástico transparente, de manera que esta radiación sea visible del exterior. De acuerdo a los materiales utilizados en su fabricación, la luz emitida es de diferentes colores, siendo los mas frecuentes el rojo, verde y amarillo, aunque es posible encontrarlos de casi cualquier color, incluso blancos.

 


DIODO LED.


   Algunos LED son capaces de emitir luz en una frecuencia que esta más allá del color rojo, típicamente en 940 nanómetros, banda denominada infrarrojo y que se emplean como emisores en aparatos de control remoto o como barreras luminosas en tareas de automatismo y control.

DATOS ÚTILES

   Los Leds pueden proporcionar luz de varios colores. El material generalmente utilizado es algún compuesto de galio. El GaP se utiliza en los LEDs de color rojo o verde; el GaAsP para los que emiten luz roja, naranja o amarilla y el GaAlAs para los de luz roja. Para los de color azul, mas recientes, se han estado usando materiales como SiC, GaN, ZnSe y ZnS.

   Su amplia difusión se debe seguramente a un puñado de factores, entre los que se pueden destacar un costo prácticamente insignificante; un consumo de energía muy bajo, típicamente de unos 10 miliamperios aunque los hay de menor consumo aún; gran variedad de colores e intensidad luminosa; prácticamente nula generación de calor; y una vida útil que en algunos casos alcanza las 100.000 horas. Todas estas características han propiciado su uso, en los últimos años, para la construcción de luminarias que reemplazan a las bombillas comunes en oficinas u hogares.

   Los diodos emisores de luz forman parte de un grupo de componentes electrónicos que se destacan por su interacción con la luz, ya sea como emisores o receptores, denominado optoelectrónica.

   Aunque puede haber variaciones de uno a otro fabricante o modelo de LED, las siguientes son tensiones de alimentación típicas de los diodos luminiscentes más comunes:

Rojo = 1,6 V
Rojo alta luminosidad = 1,9v
Amarillo = 1,7 V a 2V
Verde = 2,4 V
Naranja = 2,4 V
Blanco brillante= 3,4 V
Azul = 3,4 V
Azul 430nm= 4,6 V

RESISTENCIA LIMITADORA

   Debido a que la corriente que debe atravesar la juntura del LED para que emita luz sin destruirse debe ser mantenida dentro de ciertos valores, se utiliza en serie con el una resistencia limitadora de corriente. El cálculo de su valor se realiza empleando la siguiente formula:

 

V - Vled
R = ------------
I


donde R es el valor de la resistencia buscada (en ohms), V es la tensión de alimentación (en voltios), Vled la tensión requerida por el LED (en voltios), e I la corriente que debe circular por el (en amperes).

   Es posible encontrar en el mercado LED individuales, como los ya mencionados para cumplir funciones de luz piloto o testigo, y también en grupo, dentro de una misma cápsula, como los indicadores de 7 segmentos, muy frecuentemente utilizados para representar datos numéricos. Hace algún tiempo, ante de la aparición de los displays LCD, se empleaban arreglos de 16 LEDs que permiten representar cualquier carácter alfanumérico. Otra agrupación muy común es la matriz de 7x5 o de 8x8 LEDs, que se emplean para representar textos en carteles luminosos o datos especiales.

Hasta la próxima guía!

 
 
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