GUIA DIDACTICA DE ELECTRONICA N º8 1. IDENTIFICACION ASIGNATURA GRADO PERIODO I.H.S. TECNOLOGIA DECIMO SEGUNDO 6

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1 1. IDENTIFICACION ASIGNATURA GRADO PERIODO I.H.S. TECNOLOGIA DECIMO SEGUNDO 6 DOCENTE(S) DEL AREA:NILSON YEZID VERA CHALA COMPETENCIA: USO Y APROPIACION DE LA TECNOLOGIA NIVEL DE COMPETENCIA: INTERPRETATIVA SABER: SEMICONDUCTORES 2. MOTIVACION AMBIENTACIÓN - SENSIBILIZACIÓN 3. ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE El diodo rectificador El diodo es un elemento semiconductor que solo permite la circulación de corriente en un sentido único. Al diodo que aprovecha esta circunstancia para convertir corriente alterna en corriente "continua" (de una sola dirección) se le llama diodo rectificador. Las características más importantes de los diodos rectificadores dadas por los fabricantes son: IFRM Máxima corriente directa de pico repetitivo. IF(AV) Corriente media con carga resistiva. VRWM Tensión inversa máxima repetitiva. ITSM Máxima corriente de pico transitoria. VRSM Máxima tensión inversa de pico no repetitivo. Caída de tensión directa. VD No obstante también existen otras modalidades de diodos como los LED o electroluminiscentes, los

2 zener que mantienen una tensión constante en sus extremos, los varicap que funcionan como condensadores variables, los diodos tunel o los fotodiodos. Formación de la unión El diodo de unión se forma al juntar un cristal tipo P con otro tipo N. La zona tipo N se denomina cátodo y se marca mediante un anillo de color y la zona P se denomina ánodo. En la figura siguiente se representan las dos zonas de la unión, donde se indican con signo positivo los huecos formados por las impurezas trivalentes añadidas a la zona P, y con signo negativo, los electrones libres de las impurezas pentavalentes añadidas a la zona N. Reparto de carga El cristal tipo N se caracteriza por tener un número amplio de electrones libres (portadores mayoritarios) y un número bastante menor de huecos creados por agitación térmica (portadores minoritarios), permaneciendo en su conjunto eléctricamente neutro. El cristal tipo P se caracteriza por tener un número amplio de huecos (portadores mayoritarios) y un número bastante menor de electrones libres creados por agitación térmica (portadores minoritarios), permaneciendo en su conjunto eléctricamente neutro.

3 Al unir los dos cristales, tiene lugar un efecto de difusión, por el cual los electrones libres de la zona N tienden a difundirse hacia la zona P buscando un reparto uniforme por todo el cristal. Este efecto comienza por los electrones libres más próximos a la unión de los dos cristales. Cuando un electrón libre abandona la zona N, deja el átomo que abandona descompensado eléctricamente con una carga positiva. Al llegar a la zona P, el electrón ocupa un hueco de este cristal, desapareciendo el hueco y dejando al átomo descompensado eléctricamente con una carga negativa. Como resultado de este proceso se va formando en la zona de la unión un agotamiento de electrones libres y de huecos, formándose lo que se llama capa de agotamiento o zona de difusión. La aparición de cargas positivas en la zona de difusión del cristal N y negativas en la zona de difusión del cristal P, da lugar a una diferencia de potencial, llamada barrera de potencial.

4 La barrera de potencial se opone a la corriente de difusión, siendo cada vez más dificil que un electrón pueda pasar la capa de agotamiento desde la zona N a la P. Se alcanza así un equilibrio entre la corriente de difusión y la barrera de potencial. Un electrón deberá tener una energía suficiente para atravesar la barrera de iones negativos de la zona P para pasar a recombinarse con un hueco, y al hacerlo incrementa el ancho de la capa de agotamiento, haciendo que sea más dificil que otro electrón pueda lograrlo. Zona de difusión El efecto de difusión de electrones del cristal N al P forma en el entorno de la unión una zona libre de portadores mayoritarios llamada capa de agotamiento o zona de difusión. Barrera de potencial Los átomos de la zona de difusión del cristal N quedan descompensados eléctricamente al perder su electrón libre formándose un potencial positivo en esta zona de la unión.

5 Los átomos de la zona de difusión del cristal P quedan descompensados eléctricamente al ganar un electrón libre que se recombina con su hueco, formándose un potencial negativo en el entorno de la unión del cristal P. La diferencia de potencial entre la zona de difusión del cristal N y el P se denomina barrera de potencial. Esta barrera de potencial depende de la temperatura y del tipo de semiconductor, siendo de aproximadamente 0,7 V en los diodos de silicio y de 0,3 V en los de germanio para una temperatura de 25ºC Polarización del diodo El diodo es un elemento semiconductor que solo permite la circulación de corriente en un sentido único y está formado por la unión de dos cristales semiconductores con diferente dopado. La zona con dopado tipo P se denomina ánodo y la zona con dopado N cátodo. Para que un diodo conduzca en polarización directa el ánodo debe superar la tensión del cátodo en unos 0,7 voltios. En ese caso se convierte en un "interruptor cerrado" con la salvedad de presentar una caída de tensión entre sus extremos de unos 0,7 voltios casi constantes para cualquier intensidad..

6 En muchos diodos el cátodo viene marcado sobre el diodo por un anillo de color. En otros, como los LED, el cátodo corresponde a la patilla más corta. Resistencia de un diodo Viene dada por el cociente de la tensión del diodo entre la corriente que lo recorre. Teóricamente debería de ser cero en polarización directa e infinita en polarización inversa. Como se verá en las gráficas características existen diferentes valores de tensión y corriente para cada punto de funcionamiento del diodo. La resistencia variará para cada caso. Esta variación va desde algunas decenas de ohmio en polarización directa a varios megaóhmios en polarización inversa. Comprobación del estado de un diodo Basta comprobar la resistencia en ambos sentidos, debiendo dar muy baja en un sentido y muy grande en el otro.

7 Algunos polímetros permiten comprobar diodos. Dan infinito en un sentido y la caída de tensión en polarización directa en el otro (unos 0,7 V para el silicio). Característica de polarización directa Para representar la intensidad directa a través del diodo en función de la tensión en sus extremos, debemos aplicar al ánodo una tensión más positiva que al cátodo (polarización directa). Curvas características La curva tiene forma exponencial en las proximidades del cero para crecer muy rápidamente después. Esto indica que la resistencia del diodo es de muy bajo valor. Tensión umbral Al polarizar directamente el diodo, este no comienza a conducir hasta que aplicamos una cierta diferencia de potencial. En el caso del germanio esta tensión es de 0,3 V y en el silicio 0,7 V. Por debajo de esta tensión la corriente es muy pequeña y por encima

8 aumenta considerablemente. Característica de polarización inversa Al someter al diodo a una polarización inversa (más negativo el ánodo que el cátodo) aparece una corriente de fuga IR, a la cual se denomina corriente inversa. Esta corriente es del orden de unos na. Si se fuerza esta tensión inversa se llega a la tensión de ruptura del diodo VZ. En este momento aparece un efecto de avalancha y aumenta bruscamente la intensidad de corriente inversa, lo que provoca la destrucción del diodo por excesiva disipación de calor. Para que esto no ocurra se debe de diseñar las condiciones de trabajo del diodo de forma que la tensión inversa sea siempre menor a la de ruptura. Potencia nominal

9 Los diodos poseen una cierta capacidad de disipar el calor que se produce en el mismo. Este calor depende de la potencia a la que trabaja, que depende, a su vez, del producto de la corriente por la tensión en el mismo. Bastará con no sobrepasar la potencia nominal dada por el fabricante, o bien, no llegar a la corriente máxima de polarización directa para evitar su destrucción. Característica aproximada Se considera que cuando el diodo está polarizado con una tensión inversa, este se comporta como un interruptor abierto y no deja pasar ninguna corriente eléctrica. Por otro lado, se supone que, se necesitan aproximadamente unos 0,7 V de polarización directa para que conduzca como un interruptor cerrado. Actividades: 1. Calcula potencia que disipa un diodo de silicio por el que circula una corriente directa de 80 ma si la tensión en el diodo es de 0.7V. 2. Calcula la corriente que atraviesa un diodo en polarización directa si se utiliza una pila de 9V y una resistencia limitadora de 830 ohmios. 3. Calcula el valor mínimo que podemos dar a la resistencia limitadora que acompaña a un diodo 1N914 al polarizarlo directamente con una pila de 14 V si admite una intensidad máxima de 200 ma. 4. EVALUACION Leyes fundamentales de la electricidad en el análisis de circuitos de corriente continua, para la selección de los componentes requeridos y el buen funcionamiento del mismo 5. ACTIVIDADES EXTRACLASE Consultar: El diodo LED y sus características. 6. WEBGRAFIA y/o BIBLIOGRAFIA

10 alterna_1.htm _electrica_5.htm