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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
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. 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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