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DIODO RESUMEN

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electronica

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  • CAPTULO

    CC

    1

    1.1 INTRODUCCIN

    En el captulo 5 del tomo III se present una visin general de los componentes semiconductores bsicos ms frecuentes en electrnica, en cuanto a simbologa y funcin bsica realizada, as como una mnima

    y necesaria introduccin a la teora fsica de los semiconductores. En

    este tomo, prosiguiendo en la misma lnea, se empieza haciendo una

    ampliacin del tema de los diodos, ya que ste es uno de los componentes

    electrnicos ms utilizados y, adems, su base (unin semiconductora P-N)

    forma parte de la constitucin de los dems componentes electrnicos

    (transistores, tiristores, circuitos integrados, etc.)

    COMPONENTES

    SEMICONDUCTORES:

    EL DIODO

  • 2ANTONIO HERMOSA DONATE

    1.2 EL DIODO

    En la figura 1.1 se representan la constitucin fsica, la simbologa y el modelo prctico de

    un diodo rectificador de silicio de los ms utilizados, el 1N4007.

    Figura 1.1

    Como se sabe, la funcin bsica que realiza el diodo es dejar circular la corriente en un solo sentido (el que ya sugiere su simbologa), y la principal aplicacin prctica de dicha funcin es la conversin de corriente alterna (ca) en corriente continua (cc); los circuitos que realizan esta funcin se denominan rectificadores.

    1.2.1 Polarizacin del diodo

    Con base en la conduccin y no conduccin del diodo aparecen dos conceptos que se

    denominan polarizacin directa y polarizacin inversa.

    1.2.1.1 Polarizacin inversa

    El diodo est en polarizacin inversa cuando el terminal ctodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal nodo; en este caso, el diodo no permite el paso de la corriente y se comporta como un aislante (fig. 1.2). Pero si se supera un cierto valor de tensin, entonces se produce un efecto de conduccin brusca que puede deteriorar el diodo.

    Constitucin fsica, simbologa y modelo prctico de un diodo.

  • 33

    COMPONENTES SEMICONDUCTORES: EL DIODO

    1.2.1.2 Polarizacin directa

    El diodo permite la circulacin de corriente slo cuando se encuentra polarizado en forma directa, que es cuando el terminal nodo tiene polaridad positiva con respecto al terminal ctodo; en este caso, se dice que el diodo se comporta como un conductor, y se produce una circulacin de corriente por el circuito en el sentido (convencional) que ya sugiere el smbolo del diodo (fig. 1.3).

    El diodo en polarizacin inversa; no permite la circulacin de la corriente.

    Figura 1.2

    Figura 1.3

    El diodo en polarizacin directa se comporta como un interruptor cerrado (conductor).

    No hay circulacin dede corriente

  • 4ANTONIO HERMOSA DONATE

    La tensin que aparece entre los terminales cuando el diodo conduce se denomina cada directa. La tensin mnima para que empiece a conducir (tensin umbral) es de unos 0,7 V, y su valor aumenta un poco conforme aumenta la intensidad, pudindose situar en alrededor de 1 V en condiciones normales de trabajo. Por ejemplo, segn datos del fabricante, en el popular diodo 1N4001 la tensin directa puede llegar a 1,1 V para la intensidad (mxima) de 1 A. Pero en los diodos de pequea y mediana potencia, a efectos prcticos, se considera una cada directa tpica de 0,7 V.

    Teniendo en cuenta que en el diodo en conduccin aparece una tensin tpica de unos 0,7 V, la carga siempre recibe una tensin menor que la fuente de tensin; por ello, en la bombilla habr unos 12 0,7 = 11,3 V.

    Y en el supuesto de que la resistencia del filamento fuera de 40 , la intensidad que circulara por el circuito sera de:

    Siendo la potencia en la bombilla:

    De no tener en cuenta la cada directa del diodo, la intensidad y la potencia en la bombilla seran:

    As, en la prctica, se puede resumir que la cada directa del diodo hace que la carga reciba alrededor de 1 V menos y esto tambin supone una pequea potencia que se pierde en el diodo (disipada en forma de calor). En muchas aplicaciones se suele despreciar las consecuencias de la cada directa del diodo, pero en otras puede ser necesario tenerla en cuenta. Por ejemplo, en una aplicacin como la de la figura 1.3, si la tensin de entrada fuera de 100 V, se puede despreciar 1 V de cada directa del diodo, porque la carga (bombilla, en este caso) recibira 99 V en vez de 100 V; la prdida slo sera de 1%. En cambio, si la tensin de entrada fuera de 5 V, la carga recibira 4 V, lo cual sera una prdida de 20%.

    1.3 CARACTERSTICAS DEL DIODO

    Adems de unas caractersticas prcticas que resulta necesario conocer, en especial sobre la intensidad mxima directa (I

    F) y la tensin inversa mxima (V

    R), hay otros datos

    que tambin resultan de gran inters, siendo uno de ellos la curva caracterstica.

    1.3.1 Curva caracterstica del diodo

    Polarizacin directa

    Cuando el diodo se polariza en forma directa aparece una curva que nos da los valores de intensidad en funcin de la tensin entre nodo y ctodo, que se representa en la

  • 55

    COMPONENTES SEMICONDUCTORES: EL DIODO

    figura 1.4 (diodo de silicio). El circuito prctico con el cual es posible experimentarla se muestra en la figura 1.5.

    Figura 1.4

    Hasta que la tensin no llega a unos 0,6 o 0,7 V (tensin umbral) no se empieza a apreciar una circulacin de intensidad notable. A partir de dicha tensin la intensidad aumenta en forma brusca; pequeos aumentos de tensin dan lugar a grandes aumentos de intensidad. Para el valor nominal de intensidad de funcionamiento la tensin (cada directa) es de aproximadamente 1 V, en diodos rectificadores de mediana potencia (por ejemplo, el 1N4007).

    El diodo no ofrece pues un valor fijo de resistencia al paso de la corriente; su resistividad depende de la tensin que tenga aplicada. Entre 0 V y unos 0,7 V (tensin umbral), su resistividad es muy elevada (por ello no se aprecia casi circulacin de corriente); a partir de la tensin umbral su resistencia empieza a hacerse muy baja y por ello la intensidad aumenta bruscamente.

    Curva caracterstica tpica de un diodo (silicio) en polarizacin directa.

    Figura 1.5

    Ejemplo de circuito que permite hacer la experimentacin de la polarizacin directa.

  • 6ANTONIO HERMOSA DONATE

    El diodo no tiene una resistencia lineal; su resistencia depende de la tensin que tiene aplicada o, lo que es equivalente, de la intensidad que circula. Esto se puede comprobar fcilmente mediante el polmetro, utilizando la medida de resistencia (). Seleccionando la escala x 1 y situando las puntas de manera que el diodo se encuentre polarizado en forma directa, se observar un cierto valor de resistencia (bajo); pero si se cambia a la escala x 100 marcar un valor de resistencia diferente, mayor que el anterior. Esto es debido, a que el polmetro lleva una pila interna para su funcionamiento, que es lo que hace que pueda circular una pequea intensidad a travs de las puntas cuando se pone como hmetro (), y ello permite determinar el valor de la resistencia a medir. Pero la intensidad que puede circular es diferente segn la escala seleccionada (x 1, x 10,); cuanto mayor es la escala, menor es la intensidad que puede circular entre las puntas del tester, por lo cual la resistencia del diodo sale diferente segn la escala que se disponga.

    Polarizacin inversa

    Como se sabe, cuando el diodo se polariza en forma inversa (negativo en el nodo y positivo en el ctodo), a nivel prctico, ste se comporta como un circuito abierto, es decir, no circula corriente. Pero realmente s existe una cierta corriente, que por ser tan pequea no se considera a efectos prcticos. Dicha corriente se denomina corriente inversa de fugas (I

    R), y es muy dependiente de la temperatura. Su valor es

    del orden de nA en el silicio, y de mA en el germanio.

    La corriente de fugas est formada por portadores minoritarios, debido a la ruptura de enlaces covalentes, y es muy sensible a los cambios de temperatura; su valor se duplica por cada 10 oC de incremento de la temperatura, aproximadamente. Y su valor casi no vara aunque aumente la tensin (los portadores minoritarios dependen especialmente de la temperatura). Pero es muy importante saber que si la tensin aumenta a ciertos valores, su energa puede acelerar tanto los portadores minoritarios que al chocar con otros enlaces pueden romper nuevos enlaces covalentes; este efecto puede hacer que se alcance un elevado valor de corriente que puede llegar a destruir el diodo. El valor de tensin inversa que puede hacer esto, se denomina tensin inversa de ruptura, y tiene su utilidad prctica en unos diodos llamados Zener.

    El grfico del diodo que representa esto se muestra en la figura 1.6, junto con el circuito que puede permitir su experimentacin. Al ser de tan bajo valor la intensidad, con el circuito de experimentacin que se muestra, lo ms normal es que no se aprecie un valor notable; pero as comprobamos que realmente su valor es muy bajo.

    La curva caracterstica inversa nos da cuenta de la corriente inversa en la funcin de la tensin inversa: (I

    R = f (V

    R). Aunque, en teora, la corriente inversa

    est influenciada exclusivamente por la temperatura, en la prctica (debido a ciertas imperfecciones en la estructura fsica del diodo), s existe una pequea dependencia con respecto a la tensin, lo cual se muestra en la curva.

    Las curvas caractersticas en polarizacin directa e inversa dan lugar a una curva global representativa del comportamiento del diodo, que se muestra en la figura 1.7. Dicha curva, para ir introducindose en la cuestin prctica, se ha realizado

  • 77

    COMPONENTES SEMICONDUCTORES: EL DIODO

    con base en el diodo rectificador 1N4007, que es uno de los diodos comerciales ms utilizados.

    Hay que tener en cuenta que las escalas de los diferentes cuadrantes no son iguales. En el primer cuadrante (polarizacin directa) la tensin directa (V

    F) se da

    en voltios (V), y en la zona media normalmente se sita 1 V (que es la tensin aproximada de cada directa en rgimen de funcionamiento, para una intensidad de 1 A). De hecho, el fabricante indica como valor mximo de cada directa 1,1 V (para toda la gama de diodos 1N4001-1N4007).

    Figura 1.6

    a) Curva caracterstica tpica de un diodo en polarizacin inversa; no conduce (pero si

    se sobrepasa cierto valor de tensin, se inicia una conduccin que puede llegar a

    destruir el diodo).

    b) Ejemplo de circuito prctico que puede permitir su experimentacin.

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