Deparameno de Telecomunicaciones Disposiivos semiconducores 3 Inroduccion Veremos los disposiivos semiconducores más básicos: los diodos. Veremos las variables más comunes de esos semiconducores; El diodo genérico, diodos zener, Led, barras de leds y display. También algunos circuios simples. Anes de comenzar a describir esos componenes hay que resalar que esos perenecen a disposiivos no lineales. Los componenes lineales como las resisencias, los inducores o los capaciores son de respuesa lineal. En el caso de los diodos o ransisores, ofrecen una respuesa no lineal en sus caracerísicas. Diodo TEMINALES Podemos comenzar el esudio de ese componene planeando las caracerísicas de un diodo ideal. Las caracerísicas del diodo se dividen en dos regiones: la polarización en direca y la polarización en inversa. Dependiendo en qué senido circule la corriene en el componene se produce uno u oro caso. En el siguiene grafico se represenara el valor y senido de la corriene en función de la ensión aplicada sobre el componene. Cuando medimos ensiones alernas con el volímero, esamos midiendo el valor eficaz. Anodo Caodo Polarización en direca Polarización en inversa Como vemos en el grafico, cuando una corriene circula en polarización direca, el diodo acúa como una llave cerrada. En direca, el diodo, presena una baja resisencia al paso de la corriene. Mienras que en el caso conrario, cuando se lo polariza en inversa, el diodo presena una resisencia muy ala funcionando como una llave abiera.
Podemos ver eso en los siguienes circuios en donde dependiendo de cómo se le aplica la ensión al diodo, acúa de una llave cerrada o abiera. La resisencia se coloca para limiar el valor de la corriene en el primer caso. En el segundo, la resisencia esa de mas, debido a que el diodo no permie el paso de la corriene. Circuios recificadores La mayoría de los circuios elecrónicos conienen un circuio que es una fuene de alimenación. Como el suminisro de la energía elécrica es en corriene alerna, esa se debe converir en corriene coninua. Para esa función son empleados los recificadores. Veremos aquí un par de circuios con diodos para recificar una onda senoidal. AC Fuene de alimenación DC ecificador de media onda El recificador más simple se realiza mediane la uilización de un diodo conecado en serie una carga que recibirá la ensión coninúa. La carga la llamaremos L. Ese recificador obiene su nombre debido a que a ravés de él se obiene la miad posiiva de la ensión alerna de enrada. v () Vrl v () L Como vemos en el circuio, sobre la resisencia obenemos una señal de media onda. El diodo funciona como llave; cerrándose para el semiciclo posiivo y abiera para el semiciclo negaivo.
Deparameno de Telecomunicaciones ecificador de onda complea En ese caso usaremos un puene de diodos. Ese ipo de recificador inviere la miad negaiva de la ensión de enrada. De esa manera endremos ambos semiciclos en la zona posiiva en la resisencia de carga. VL Ven D1 D2 D3 D4 L Diodo de silicio Veremos ahora las pequeñas diferencias que presena al diodo ideal que hemos viso anes, al diodo de silicio. A coninuación se presena la curva del diodo de silicio polarizado en direca. Como podemos observar, el diodo raa de manener un ciero valor de ensión. Esa ensión es cercana a los,7v. Una vez alcanzada dicha ensión, el diodo la maniene en función de la corriene. Ane el incremeno de la corriene, el diodo manendrá el valor de ensión. UPTUA Indica polaridad Cáodo Ánodo El grafico demuesra que al exceder la ensión en inversa, el diodo se rompe. Los diferenes diodos comerciales se diferencian principalmene en la corriene máxima de disipación. Para recificadores, al uilizar un nivel alo de corriene, los diodos normalmene serán de mayor poencia. En oros ipos de usos, como ser écnicas digiales, se uilizaran diodos de menor poencia. Normalmene a mayor amaño del cuerpo del diodo, mayor será la disipación del mismo. Ora caracerísica es el valor de la ensión de rupura. Esa es la ensión máxima a la que el diodo puede ser someido en inversa sin que se dañe. Zona de upura
A coninuación veremos cómo se compora el diodo de silicio en un circuio de corriene coninua. En el caso del diodo ideal hemos viso que acuaba como una llave cerrada en direca. Ahora la diferencia es que el diodo endrá una ensión de,7v. El reso de la ensión aplicada en la rama ahora caerá en el reso de los componenes. En ese caso en la resisencia. Aplicando la ley de Ohm podemos ambién calcular el valor de corriene que circula en la resisencia y el diodo. Vr =,7V Vr = Vcc -,7V Vcc I I = Vr Para hacerlo más grafico, uilizaremos el siguiene circuio en corriene alerna para ver el comporamieno del diodo de silicio. En polarización inversa se sigue comporando como el diodo ideal. Sin embargo en direca, ese omará oda la ensión menor a los,7v y luego manendrá ese valor de ensión. Sobre la resisencia, no endrá ensión aplicada hasa superar los,7v de la fuene. La resisencia endrá un valor de ensión una vez que la fuene proporcione una ensión mayor a los,7v. Esa ensión comenzara a incremenarse hasa un valor que será igual al valor pico de la fuene menos la ensión del diodo.,7 -Vp Vrl v () Vp -,7 Vp -Vp L,7 SÍMBOLO LED Se le añade unas flechas al símbolo del diodo radicional para indicar un diodo led Led: Diodo emisor de luz Veremos ahora como es el diodo emisor de luz (led). Del mismo modo que el diodo radicional, ese endrá un valor de ensión en direca que dependerá del color del led. Del mismo modo endrá un valor máximo de corriene que puede pasar del ánodo al caado. En polarización inversa acuara del mismo modo que cualquier oro diodo, como una llave abiera. Enre los leds comerciales enconraremos disinos ipos. Esán los más habiuales, los leds cilíndricos de 5mm y 3 mm. También oros componenes como los display de 7 segmenos o la barra de leds esán compueso por leds que esán ordenados para poder realizar disinas funciones, como la de represenar números o leras.
Deparameno de Telecomunicaciones Led redondo de 5mm Encapsulado plásico TEMINALES Presenamos el nombre de cada segmeno y ambién su conexionado. Visa superior del componene. Display 7 segmenos Ánodo Cáodo Terminales A coninuación endremos una acoada abla con valores ípicos de ensión y corriene dependiendo del color del led. Con esa abla podremos polarizar un diodo led en direca para un correco encendido. Lo imporane es siempre colocar en serie al componene una resisencia para poder limiar la corriene. Con el ejercicio de ejemplo vemos como podemos elegir la resisencia correca dependiendo de la ensión de la fuene. Color de led ojo ojo Brillane Amarillo Naranja Verde Blanco Brillane Verde brillane Azul Azul Brillane Tensión (V) 1.6 1.9 2 2 2.1 3.4 3.4 3.4 4.6 Corriene (ma) 12 2 2 2 Vcc Ejercicio ejemplo Si: Led = ojo Vcc = 9V =? Planeamos la ley de Ohm = Vcc - Vcc - = eemplazamos y resolvemos = 9V - 1.6V ma
Una vez que sabemos cómo polarizar un solo diodo leds podremos ser capaces de hacerlo con oros disposiivos que conengan una mayor canidad de ellos. Solamene es imporane saber cómo se conecan inernamene enre ellos, como en el caso del display de 7 segmenos. En el caso de esos disposiivos, los enconraremos en 2 ipos: de ánodo común y de cáodo común. Su nombre indica cual de los dos erminales de cada diodo led se encuenran conecados enre sí. La siguiene imagen indica como seria el circuio de cada uno de ellos. SÍMBOLO ZENE Similar al diodo, con unos ángulos en el cáodo indicando que se raa de un diodo Zener Diodo Zener El diodo zener presena su caracerísica más desacable cuando se lo polariza en inversa. Aqui nos enconraremos con la ensión zener (). Ese valor, que viene dado de fábrica, es el valor de ensión máxima que endrá el diodo al polarizarlo en inversa. Cuando la ensión aplicada es menor que la ensión zener, el diodo endrá oda ensión de fuene. Una vez superada por la fuene, el diodo se manendrá en la ension zener y el excedene caerá en el reso de los componenes en serie. Al polarizarlo en direca acúa como un diodo normal. A coninuación se presena la curva del diodo zener. (ma) 8 6 4 2-2.7 (V) -4-6 -8
Deparameno de Telecomunicaciones A coninuación desarrollaremos sobre un diodo zener en inversa, como calcular disinos parámeros; como las corrienes y las ensiones que se producen. Como siempre es imporane saber cuál es el valor de corriene máxima que puede llegar a recorrer al semiconducor. Y con ese valor saber que resisencia limiadora colocar para que no se dañe el componene. Ir = + Irl Vcc Ir Irl l = Ir - Irl Vr Ir = = Vcc - Irl= l Vcc - = - l Ahora podemos ser capaces de resolver ejercicios como el siguiene. Ejercicio ejemplo Si: Tension Zener = 6V Vcc = 9V l= 1KΩ = 2Ω =? Planeamos el desarrollo aneriormene viso eemplazamos y resolvemos Vcc - = - l 9V- 6V = - = 9mA 6V