Conceptos de Diodos Semiconductores

Transcripción

1 Liceo Industrial de Electrotecnia Ramón Barros Luco- La Cisterna Prof: Claudio Pinto Celis Conceptos de Diodos Semiconductores Los diodos semiconductores son elementos electrónicos desarrollados a partir de materiales bases, tratados químicamente. Los materiales bases mayormente empleados son SILICIO Y GERMANIO, ambos, tetravalentes, (valencia 4). La denominación de semiconductor obedece a su respuesta eléctrica. Bajo ciertas condiciones se comportan como un conductor y, bajo otras, como un aislante. Visto así, un diodo puede definirse como un elemento electrónico capaz de permitir circulación de corriente por él y también, bloquear la circulación de corriente por èl.. La condición que adopte dependerá de la forma que se energice el elemento. La estructura interna del diodo la forman dos pastillas de material tratado, unidas entre sí. El proceso que sufre el material base produce un desequilibrio eléctrico en los átomos que lo forman. Este puede ser en dos sentidos. Uno, genera un material con exceso de electrones, llamado N y otro que produce un material con déficit de electrones, llamado P En el punto de unión se forma una zona de intercambio de cargas eléctricas, denominada Barrera de Potencial, que tiene real importancia en el comportamiento del diodo. El intercambio de cargas forma un potencial, llamado de Barrera, que en general se estima en 0,6 Volt, aunque cada fabricante indica en los datos técnicos del elemento, cual es valor real de él.la polaridad de este potencial es positivo, en el material N, con respecto al negativo, en el material P. De acuerdo a lo mencionado, el diodo posee dos terminales. ANODO y CATODO, respectivamente. El ánodo se asocia al material P, y el cátodo al material N Ánodo Cátodo Fig.1: Simbología del diod 1

2 Polarirización Se define como tal al hecho de aplicar energía eléctrica a un elemento y/o conjunto de elementos. Según lo mencionado, existe una polarización del diodo en la cual se comporta como conductor y otra en que es aislante. Para la primera, se debe cumplir que el terminal de ánodo sea positivo con respecto al terminal de cátodo, por lo menos, según condición generalizada, en 0.6 volt. Ello asegura su conductividad. Para el segundo caso, es lógico que si el valor de la barrera de potencial no es superado, (0,6 volt) entonces el diodo no conduce. De la misma forma responderá cuando se haga el cátodo positivo con respecto a ánodo. Cuando el ánodo se hace positivo con respecto a cátodo se dice que el diodo está Polarizado Directamente, aunque esta no es condición suficiente para que conduzca. Siempre debe ser igual o superior a los 0.6 volt. Cuando el cátodo se hace positivo con respecto al ánodo, se dice que el diodo está Polarizado Inversamente En conclusión, para que un diodo conduzca debe estar polarizado directamente con una tensión ánodo cátodo igual o superior a 0.6 volt Es importante señalar que la barrera de potencial es dependiente del tratamiento que sufren los materiales bases, denominado DOPADO, y ello ha determinado la existencia de distintos otros componentes a partir del diodo, cada uno con su respuesta eléctrica propia. Como todo componente electrónico, el diodo semiconductor tiene limitaciones y lo rigen distintos parámetros, tales como: 1.- Tensión Peak Inversa: VPR, se refiere a la máxima tensión de pico con polarización inversa que es capaz de soportar el diodo, expresada en Volts. 2.- Tensión Peak Inversa no Repetitiva. VRSM: corresponde a la máxima tensión inversa no repetitiva en el tiempo que es capaz de soportar el diodo, expresada en volts. 3.-Tensión Peak Inversa Repetitiva, VRRM, es la máxima tensión con polarización inversa que puede soportar con repetición en el tiempo el diodo expresada en volts. 4.-Corriente Directa, IFAV :es la corriente que puede circular por el diodo bajo condiciones de polarización directa expresada en Amper 5.- Corriente Directa Máxima, IFSM: está referida a la máxima capacidad de conducción de corriente del diodo, expresada en Amper. Normalmente es superior a 30 veces el valor de la corriente de conducción directa. 6.- Corriente Inversa, IR: expresa la corriente que puede circular por el diodo con polarización inversa. Suele relacionársela a la corriente de fuga. Se expresa en ua, ( micro amper). 2

3 7.-Caida de Tensión Directa. VF: corresponde a la caída de tensión que se produce entre los terminales del diodo bajo condiciones de polarización directa, expresada en volt. Los fabricantes entregan este dato indicando bajo que condiciones de corriente se produce. Además de los anteriores suelen incluirse temperatura de la juntura, capacidades de la juntura, bajo condiciones de trabajo, etc. Finalmente, para conocer identificar los terminales de un diodo existen dos vías directas: 1.- Visualmente: las normas comerciales y eléctricas establecidas, han determinado que el cátodo del diodo sea identificado con una franja de color puesta en un extremo de él, normalmente de color blanco en los diodos rectificadores. 2.-Instrumentalmente: la utilización de un Ohmetro es una alternativa válida para el objetivo. En este instrumento, entre los terminales de medida existe un potencial eléctrico que corresponde al valor de la batería de él. De forma que si el terminal positivo de dicho potencial se conecta al ánodo y el terminal negativo al cátodo se polarizaría directo el diodo y el instrumento deberá indicar esto. El valor que indica un instrumento análogo oscila entre los 30 y 60 ohms, normalmente.para un instrumento digital varia alrededor de los 300 ohms.. Tipos de Diodos Los diodos semiconductores forman una familia amplia, en la cual, cada uno de sus componentes presentan características propias, y especiales, que permiten que realicen funciones determinadas. Así, entre los más empleados y conocidos se encuentran: Diodo Simbología 1.- Rectificadores 2.- Detectores 3 Zener 4.- Led 5.- Varicap 6.- Rectificadores de Si. Controlados(SCR) 7,. Tunel 3

4 En el grupo 1 existen diversas clasificaciones de acuerdo al parámetro que sea más significativo, según la función a que será destinado el componente. Por ejemplo, si se considera el parámetro Frecuencia, se podrían clasificar en de baja frecuencia y de alta frecuencia. Estos últimos se les conoce como Diodos Switching o Diodos Rápidos. Este parámetro es de real importancia en los diodos rectificadores, especialmente en el área de la electrónica industrial donde se manejan corrientes a frecuencias relativamente altas. La importancia radica en que por él es posible saber la velocidad con que el elemento puede pasar. del estado de bloqueo al de conducción y viceversa. Los manuales lo indican. Considerando otro parámetro, es imposible dejar de lado la Potencia., la cual la relacionan a la capacidad de corriente del elemento. De manera que se podrían clasificar en alta y baja potencia, tanto los diodos switching como los otros. En el grupo 2 se encuentran aquellos que, normalmente, operan en zonas de radiofrecuencia, con niveles de tensión bajos y bajas corrientes. Para este tipo de función el Germanio ha presentado mejores condiciones que el Silicio, por eso es más empleado. En el grupo 3 se encuentra un elemento que es ampliamente usado en fuentes de poder, por sus características estabilizadoras de tensión. El dopado de este diodo es tal, que opera en la zona de polarización inversa. Es decir el diodo, Zener de polariza inversamente, bajo condiciones normales de operación. En polarización directa presentan una muy baja resistencia. Por ello, bajo ningún aspecto debe usarse en esa condición.. Dependiendo del dopado es su umbral de conducción, lo que constituye otra diferencia con el diodo rectificador. Dicho umbral puede ir desde los 2,6 V. hasta 130 V Técnicamente se consideran tres variables, tensión zener, potencia zener y tolerancia.. La primera es un indicador de la tensión promedio a la cual trabajará, ó dicho de otra forma, es la tensión que se desarrollará entre los terminales del diodo..la segunda, tiene relación directa con la capacidad de corriente que posee el diodo, aunque, técnicamente, es la capacidad de disipación de la juntura. Finalmente, la tolerancia es un indicador de cuanto puede variar la tensión zener con respecto a una tensión zener dada por el fabricante. Estos diodos poseen una tensión mínima y máxima de polarización inversa para de entrar en conducción y para alcanzar los niveles máximos de conducción, respectivamente. A ello se refiere la tolerancia, expresada en %. En el grupo 4 se encuentran los diodos que están construidos, principalmente de una combinación con arseniuro de galio.. Tienen la propiedad de emitir luz al ser 4

5 excitados por un a.corriente eléctrica. Su nombre proviene de Light Emisor Diode, (diodo emisor de luz).la luz puede variar en colores, dependiendo del tratado que se les dé durante su construcción. Existen los de luz visible y los de luz invisible al ojo humano. En los últimos están los infrarrojos y los ultravioletas, ambos empleados ampliamente en sistemas de control, comando, detección, etc., etc. La polarización de ellos es la normal, ánodo positivo con respecto cátodo. Pero, a diferencia de otros, su umbral de conducción se encuentra sobre los 2 Volt, por lo general. El grupo de los diodos varicap aprovecha la capacidad de la juntura de él, medida en pico faradios, para ejecutar funciones de sintonía.. Las características de la juntura, función del dopado, permiten que ella se comporte como un capacitor, de valor variable según la tensión aplicada a sus terminales.. Esto lo hace útil en circuitos sintonizados como elemento de capacidad variable. Son de baja potencia, operan en baja y alta frecuencia, las tensiones de ruptura directa como inversa, son medianas y manejan bajas corrientes. Finalmente, el grupo de los SCR constituye un tema especial que requiere de un espacio mayor para ser tratado. Por ello, se mencionará que está constituido de cuatro capas dopadas, P_N_P_N. Esta configuración le confiere características particulares que le permiten manejar grandes corrientes, poseer gran capacidad de disipación, tener umbrales de conducción muy altos y lo mejor, que es posible controlar dicho umbral de disparo (conducción). Para esto, cuenta con tres terminales, y no dos como los otros diodos. Anodo, Cátodo y Gate o Compuerta. El terminal de control es el Gate y maneja corrientes bajas con respecto a la corriente ánodo-cátodo del dispositivo.. Como los otros diodos, su polarización es directa en uso normal. Esto indica que es de conducción unidireccional. Su mayor aplicación la encuentra en la circuitería de control de potencia. Fig- Curva Característica del Diodo Varicap Fig- Curva Característica del SCR 5

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