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DIODO EMISOR DE LUZ (LED)

Cuando un diodo semiconductor se polariza de manera directa, los
electrones pasan de la sección N del mismo, atraviesan la unión y salen ala sección P. En la unión se efectúa la recombinación, en donde los electrones se unen a los huecos. Al unirse, se libera energía mediante la emisión de un fotón (energía electromagnética).
Esta emisión de energía, que en un diodo normal es pequeña, puede aumentar mediante la utilización de materiales como el
galio, el arsDIODO LEDénico y el fósforo en lugar del silicio o el germanio. Así, los diodos diseñados especialmente para emitir luz son conocidos como LED.
El color de la luz emitida depende del intervalo de energía del material; por ejemplo, el fosfato de galio arsenídico (GaAsP) emite luz de color rojo y el fosfato de galio (GaP) emite luz de color verde. Los LED pueden
emitir radiaciones desde el infrarrojo hasta la luz visible. Es importante resaltar que los LED se polarizan de manera directa y soportan una tensión
máxima al cual emiten la mayor radiación. Si se sobrepasa este valor, el LED puede dañarse. Las aplicaciones de los LED son muchas; entre ellas, las siguientes: indicadores luminosos, displays alfanuméricos,
transmisores para fibras ópticas, optoacopladores, en control remoto de videos, televisores o conexión de computadoras. En el mercado de semiconductores han aparecido versiones más complejas de LED; por ejemplo, el LED bicolor es un dispositivo de DIODO EMISOR DE LUZ LEDtres terminales dentro del cual se han incluido dos diodos en colores diferentes. Otro modelo de LED, es el tipo Flasher; al ser polarizado, enciende de manera intermitente.

El diodo LED puede ser tratado de manera análoga a un diodo normal. sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no están fabricados de silicio monocristalino, ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensión de polarización directa Vd depende del material con el que esté fabricado el diodo.

El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de fabricación principalmente de los dopados.

En la tabla adjunta aparecen algunos ejemplos de materiales utilizados junto con los colores conseguidos:

CompuestoColor
Arseniuro de Galio (GaAs)Infrarrojo
Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)Rojo e infrarrojo
Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)Rojo, naranja y amarillo
Nitruro de galio (GaN)Verde
Fosfuro de galio (GaP)Verde
Seleniuro de zinc (ZnSe)Azul
Nitruro de galio e indio (InGaN )Azul
Carburo de silicio (SiC)Azul
Diamante (C)Ultravioleta
Silicio (Si)En desarrollo

 


Definición de diodos opticos
FOTODIODOS
fotodiodo

Los fotodiodos. Son diodos sensibles a la luz. Generan un voltaje de corriente continua proporcional a la cantidad de luz que incide sobre su superficie, es decir, son diodos de unión PN cuyas características eléctricas dependen de la cantidad de luz que incide sobre la unión. Se utilizan como medidores y sensores de luz y en receptores ópticos de comunicaciones.
El efecto fundamental bajo el cual opera un fotodiodo es la generación de pares electrón - hueco debido a la energía luminosa. Este hecho es lo que le diferencia del diodo rectificador de silicio en el que, solamente existe generación térmica de portadores de carga. La generación luminosa, tiene una mayor incidencia en los portadores minoritarios, que son los responsables de que el diodo conduzca ligeramente en inversa.

EL DIODO LASER

Los diodos láser son constructivamente diferentes a los diodos LED normales. Las características de un diodo láser son:

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

Hay dos tipos de diodos láser:

  • Diodo láser de emisión lateral
  • Diodo láser de emisión vertical 

Ventajas

  • Son muy eficientes.
  • Son muy fiables.
  • Tienen tiempos medios de vida muy largos.
  • Son económicos.
  • Permiten la modulación directa de la radiación emitida, pudiéndose
  • modular a décimas de Gigahercio.
  • Su volumen y peso son pequeños.
  • El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.
  • Su consumo de energía es reducido (comparado con otras fuentes de luz)
  • El ancho de banda de su espectro de emisión es angosto (puede llegar a ser de sólo algunos KHz) 

Los relámpagos que se producen durante una tormenta eléctrica, los motores eléctricos y los fallos comunes en la red de alimentación comercial, inducen picos de alta tensióno variaciones en la forma de onda, en el voltaje de línea que llega a las casas. A tales picos y variaciones, se les conoce con el nombre de transitorios.
La continua presencia de transitorios en la red, poco a poco causa la
destrucción de los circuitos que contienen los aparatos electrónicos; por eso es que para prolongar la vida de éstos, es necesario adecuar ciertas
protecciones.
Uno de los dispositivos empleados para estabilizar la línea, es el varistor; también es conocido como supresor de transitorios . Este dispositivo equivale a dos diodos zéner conectados en paralelo, pero con sus polaridades invertidas y con un valor de tensión de ruptura muy alto.
Los varistores son construidos para diferentes valores de tensión de ruptura; por ejemplo, un varistor con un voltaje de ruptura de 320V conectado a la línea comercial de 220V, se mantendrá como un dispositivo
inactivo hasta que en sus extremos se presente un transitoriodiodo varistor con un voltaje igual o superior a los 320V; entonces el dispositivo, disparándose,
conduce (su resistencia interna se hace casi cero) y reduce el efecto
dañino del transitorio en el circuito. En suma, el varistor como dispositivo
de protección recorta a todos los transitorios que se presenten en la línea;
con ello, se evitan daños a los circuitos posteriores.


CARACTERISTICAS:

  1. Amplia gama de voltajes - desde 14 V a 550 V (RMS). Esto permite una selección fácil del componente correcto para una aplicación específica.
  2. Alta capacidad de absorción de energía respecto a las dimensiones del componente.
  3. Tiempo de respuesta de menos de 20 ns, absorbiendo el transitorio en el instante que ocurre.
  4. Bajo consumo (en stabd-by) - virtualmente nada.
  5. Valores bajos de capacidad, lo que hace al varistor apropiado para la protección de circuitería en conmutación digital.
  6. Alto grado de aislamiento.
  7. Máximo impulso de corriente no repetitiva
  8. El pico máximo de corriente permitido a través del varistor depende de la forma del impulso, del duty cycle y del número de pulsos.
  9. Con el fin de caracterizar la capacidad del varistor para resistir impulsos de corriente, se permite generalmente que garantice un `máximo impulso de corriente no repetitiva'. Este viene dado por un impulso caracterizado por la forma del impulso de corriente desde 8 microsegundos a 20 microsegundos siguiendo la norma “IEC 60-2”, con tal que la amplitud del voltaje del varistor medido a 1 mA no lo hace cambiar más del 10% como máximo.
  10. Un impulso mayor que el especificado puede ocasionar cortocircuitos o ruptura del propio componente; se recomienda por lo tanto instalar un fusible en el circuito que utiliza el varistor, o utilizar una caja protectora.
  11. Si se aplica más de un de impulso o el impulso es de una duración mas larga, habría que estudiar las curvas que al efecto nos proporcionan los fabricantes, estas curvas garantizan la máxima variación de voltaje (10%) en el varistor con 1 mA.

Energía máxima

Durante la aplicación de un impulso de corriente, una determinada energía será disipada por el varistor. La cantidad de la energía de disipación es una función de:

  • La amplitud de la corriente.
  • El voltaje correspondiente al pico de corriente.
  • La duración del impulso.
  • El tiempo de bajada del impulso; la energía que se disipa durante el tiempo entre 100% y 50% del pico de corriente.
  • La no linealidad del varistor.

A fin de calcular la energía disipada durante un impulso, se hace con la referencia generalmente a una onda normalizada de la corriente. Esta onda esta prescrita por la norma “IEC 60-2 secciona 6” tiene una forma que aumenta desde cero al valor de pico en un el tiempo corto, disminuyendo hasta cero o de una manera exponencial, o bien sinusoidal.
DIODO VARICAP (Varactor)

Es un dispositivo semiconductor que puede controlar su valor de capacidad en términos de la tensión aplicada en polarización inversa. Esto
es, cuando el diodo se polariza inversamente no circula corriente eléctrica a través de la unión; la zona de deplexion actúa como el dieléctrico de un capacitor y las secciones de semiconductor P y N del diodo hacen las veces de las placas de un capacitor. Todos los diodos cuando están polarizados en sentido opuesto tienen una capacitancia que aparece entre sus terminales.La capacidad que alcanza el capacitor que se forma, es del orden de los pico o nanofaradios.diodo varicao o varactor | ingeniaste.com
Cuando varía la tensión de polarización inversa aplicada al diodo, aumenta o disminuye de igual forma la zona de deplexión. En un diodo, esto equivale a acercar o alejar las placas de uncapacitor


Los diodos varicap se controlan mediante la tensión que se les aplica; por lo que el cambio de capacidad se puede hacer mediante otro circuito de control, ya sea digital o analógico. Las aplicaciones de los varicap son la mayoría de las veces en circuitos resonantes, los cuales permiten seleccionar una señal de una frecuencia específica, de entre muchas señales de diferentes valor
DIODOS DE TUNEL (EFECTO TUNEL)


Los diodos de efecto túnel. Son dispositivos muy versátiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una región de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado.

diodo tunel | ingeniaste.com

Estos dispositivos presentan una característica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensión aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminución de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva característica del diodo). Este fenómeno de resistencia negativa es útil para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una señal senoidal a partir de la energía que entrega la fuente de alimentación.


Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo tunnel se puede ver en el siguiente gráfico:

imagen carateristica del diodo tunel

Vp: Tensión pico
Vv: Tensión de valle
Ip: Corriente pico
Iv: Corriente de valle
La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp y Vv) se llama "zona de resistencia negativa"



Definición de diodo de recuperacion N en escala N

DIODOS DE RECUPERACI N
EN ESCAL N
El diodo de recuperación de escalón tiene un dopado especial, ya que la densidad de los portadores disminuye cuanto más cerca está de la unión de las secciones de semiconductor. Esta distribución poco común de portadores, genera un fenómeno conocido como desplome en inversa .
Si se aplica una tensión de corriente alterna en las terminales del dispositivo durante los semiciclos positivos de la onda de corriente alterna, el diodo se comporta igual que un diodo rectificador común. Pero durante
los semiciclos negativos, la corriente inversa aparece sólo durante un
tiempo muy corto, reduciéndose repentinamente hasta cero. La corriente de desplome de un diodo de recuperación de escalón, está plagada de frecuencias armónicas; éstas pueden ser filtradas, para obtener una señal senoidal de una frecuencia más alta. Esta es la razón por la que los diodos de recuperación son ampliamente utilizados como circuitos multiplicadores de frecuencia; es decir, para circuitos en donde la frecuencia de salida es un múltiplo de la frecuencia de entrada .
DIODO SCHOTTKY (DIODO DE BARRERA)


Los diodos Schottky. Son dispositivos que tienen una caída de voltaje directa (VF) muy pequeña, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben también el nombre de diodos de recuperación rápida (Fast recovery) o de portadores calientes.

Estos diodos se caracterizan por su velocidad de conmutación, una baja caída de Voltaje uando están polarizados en directo (típicamente de 0.25 a 0.4 voltios).

Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metálica se hace un material semiconductor, el contacto tiene, típicamente, un comportamiento óhmico, cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una región semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto debe ser el resistivo, comenzando también a tener un efecto de rectificación. Un diodo Schottky, se forma colocando una película metálica en contacto directo con un semiconductor, según lo indicado en la figura N°05. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad más grande de los portadores en este tipo de material. La parte metálica será el ánodo y el semiconductor, el cátodo.



diodo Schottky 











En una deposición de aluminio (3 electrones en la capa de valencia), los electrones del semiconductor tipo N migran hacía el metal, creando una región de transición en la ensambladura.

Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos materiales) están en tránsito. Su conmutación es mucho más rápida que la de los diodos bipolares, una vez que no existan cargas en la región tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial (típicamente de 0,3V). La Región N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la pérdida de conducción, por esto, la tensión máxima soportable para este tipo de diodo está alrededor de los 100V.

La principal aplicación de este tipo de diodos, se realiza en fuentes de baja tensión, en las cuales las caídas en los rectificadores son significativas.

Sin embargo el diodo Schottky encuentra gran cantidad de aplicaciones n circuitos de alta velocidad como en computadoras, donde se necesitan grandes velocidades de conmutación y su poca caída de voltaje en directo ausa poco gasto de energía.

En la imagen esta la curva caracteristica de diodo Schottky:

curva caracteristica del diodo schottky
Diodos invertidos

DIODOS INVERTIDOS

Los diodos zéner tienen tensiones de ruptura superiores a los 1,8V. Si se incrementa el nivel de dopado del diodo se logra que el efecto zéner de regulación ocurra cerca de los 0V. La
conducción en polarización directa se logra a partir de los 0,7V; pero la conducción inversa (punto de ruptura) se inicia a partir de los –0,1volts. A los diodos que tienen esta característica se les conoce con el nombre de diodos invertidos , ya que conducen mejor en polarización inversa que en polarización directa. Se los usa para amplificar señales débiles cuyas amplitudes pico a pico se encuentran
entre 0,1 y 0,7V.
DIODO ZENER

Un diodo zéner es básicamente un diodo de unión, pero construido
especialmente para trabajar en la zona de ruptura de la tensión de polarización inversa; por eso algunas veces se le conoce con el nombre
de diodo de avalancha. Su principal aplicación es como regulador de tensión; es decir, como circuito que mantiene la tensión de salida casi
constante, independientemente de las variaciones que se presenten en
la línea de entrada o del consumo de corriente de las cargas conectadas
en la salida del circuito.



El diodo zéner tiene la propiedad de mantener constante la tensión aplicada, aun cuando la corriente sufra cambios. Para que el diodo zener pueda realizar esta función, debe polarizarse desimbolo del diodo zener | ingeniaste.com manera inversa. Generalmente, la tensión de polarización del diodo es mayor que la tensión de ruptura; además, se coloca una resistencia limitadora en serie con él; de no ser así, conduciría de manera descontrolada hasta llegar
al punto de su destrucción. En muchas aplicaciones de regulación de tensión, el diodo zéner no es el dispositivo que controla de manera directa la tensión de salida de un circuito; sólo sirve de referencia
para un circuito más complejo; es decir, el zéner mantiene un valor de
tensión constante en sus terminales. Esta tensión se compara mediante
un circuito amplificador a transistores o con circuito integrados con una
tensión de salida. El resultado de la comparación permite definir la acción
a efectuar: aumentar o disminuir la corriente de salida, a fin de mantener
constante la tensión de salida. Es importante hacer notar que los diodos
zéner se construyen especialmente para que controlen sólo un valor detensión de salida; por eso es que se compran en términos de la tensión de regulación (zéner de 12V x 2 ampere, por ejemplo).



tensión de ruptura del diodo zener

Para elegir la resistencia limitadora R adecuada hay que calcular primero cuál puede ser su valor máximo y mínimo, después elegiremos una resistencia R que se adecue a nuestros cálculos.






Donde:
  1. Rmin es el valor mínimo de la resistencia limitadora.
  2. Rmax es el valor máximo de la resistencia limitadora.
  3. Vsmax es el valor máximo de la tensión de entrada.
  4. Vsmin es el valor mínimo de la tensión de entrada.
  5. Vz es la tensión Zener.
  6. ILmin es la mínima intensidad que puede circular por la carga, en ocasiones, si la carga es desconectable, ILmin suele tomar el valor 0.
  7. ILmax es la máxima intensidad que soporta la carga.
  8. Izmax es la máxima intensidad que soporta el diodo Zener.
  9. Izmin es la mínima intensidad que necesita el diodo zener para mantenerse dentro de su zona zener o conducción en inversa (1mA). 


diodos de corriente constante

Estos diodos funcionan de manera inversa a los diodos zéner. En vez de mantener constante la tensión en sus terminales, estos diodos mantienen constante el consumo de corriente; por eso se les conoce como diodos reguladores de corriente. Son dispositivos que mantienen entonces constante el consumo de corriente, independientemente delas variaciones de tensión. El diodo 1N5305 es regulador de corriente con un valor de corriente de 2 miliampers y un rango de tensión aplicable de 2 a 100V.
El diodo

El diodo es un dispositivo de dos terminales que, en una situación ideal, se comporta como un interruptor común con la condición especial de que solo puede conducir en una dirección. Tiene un estado encendido, el que en teoría parece ser simplemente un circuito cerrado entre sus terminales, y un estado apagado, en el que sus características terminales son similares a las de un circuito abierto. Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD (VD > 0 V) el diodo se encuentra en el estado de circuito cerrado (R= 0 Ω) y la corriente que circula a travιs de este esta limitada por la red en la que este instalado el dispositivo. Para la polaridad opuesta (VD < 0 V), el diodo se encuentra en el estado de circuito abierto (R= ∞ Ω) e ID = 0 mA.




Definición de diodo

Caracteristicas y funcionamiento del diodo

El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)

Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor.
De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.

En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente

El diodo posee dos tipos de polarización

Directa: Cuando se le aplica una diferencia potencial proveniente de una batería o una fuente de alimentación, el polo negativo de esta debe estar conectado en el lado N y el positivo en el lado P.

El lado negativo de la fuente alimentadora o batería debe estar en contacto con el lado P y el positivo con el lado N
simbologia de los diodos