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Diodo Zener y Diodo Tunel Curva Caracteristica

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ACTIVIDAD UNIVERSIDAD TELESUP ALUMNO JUAN HUGO MORALES SORIANO - ING. SISTEMAS

Text of Diodo Zener y Diodo Tunel Curva Caracteristica

UNIVERSIDAD PRIVADA TELESUP

CARRERA INGENIERIA DE SISTEMASALUMNO DE CONVALIDACION

JUAN HUGO MORALES SORIANO

DIODO ZENERCONCEPTO DE DIODOUn diodo es un componente electrnico (semiconductor) que permite el paso de la corriente "solo en un sentido".

Como vemos para que la corriente pase a travs de diodo debe conectarse el nodo al positivo y el ctodo al negativo.

Cuando el diodo permite el paso de la corriente decimos que est polarizado directamente. Si est conectado de forma que la corriente no pasa por l decimos que est polarizado inversamente. Veamos que ocurre cuando conectamos un diodo con una lmpara en serie.

DIODO ZENDER

Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que estn diseados para mantener un voltaje constanteen su terminales, llamado Voltaje oTensin Zener(Vz)cuando se polarizan inversamente, es decir cuando est el ctodo con una tensin positiva y el nodo negativa.

Descripcin del Funcionamiento del Diodo ZenerCuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y mantiene la tensin Vz aunque la aumentemos. La corriente que pasa por el diodo zener en estas condiciones se llama corriente inversa (Iz). Se llamazona de rupturapor encima de Vz.

Como ves es unregulador de voltajeo tensin.

Cuando est polarizado directamente el zener se comporta como un diodo normal.

Pero OJO mientras la tensin inversa sea inferior a la tensin zener, el diodo no conduce, solo conseguiremos tener la tensin constante Vz, cuando est conectado a una tensin igual a Vz o mayor. Aqu puedes ver una la curva caracterstica de un zener:

Para el zener de la curva vemos que se activara para una Vz de 5V (zona de ruptura), lgicamente polarizado inversamente, por eso es negativa. En la curva de la derecha vemos que sera conectado directamente, y conduce siempre, como un diodo normal.

Sus dos caractersticas ms importantes son suTensin Zenery la mximaPotencia que pueden disipar=Pz(potencia zener).

La relacin entre Vz y Pz nos determinar la mxima corriente inversa, llamada Izmx. OJO si sobrepasamos esta corriente inversa mxima el diodo zener puede quemarse, ya que no ser capaz de disipar tanta potencia.

Un ejemplo: Tenemos un diodo zener de 5,1V y 0,5w. cual ser la mxima corriente inversa que soportar?

Recordamos P = V x I; I = P/V. En nuestro caso Izmx = Pz/Vz = 0,5/5,1 = 0,098A.

Para evitar que nunca pasemos de la corriente inversa mxima, los diodos zener se conectan siempre con una resistencia en serie que llamamos "Resistencia de Drenaje".

CONEXIN BASICA DE UN DIODO ZENER

La Rs sera la resistencia de drenaje y la Rl la Carga a la salida del zener. Te das cuenta que la conexin es inversa?. As se conectan siempre el zener diodo.

En el circuito anterior la tensin de salida se mantendr constante, siempre que sea superior a la Vz, y adems ser independiente de la tensin de entrada Vs. Esto nos asegura que la carga siempre estar a la misma tensin.

Si aumentamos por encima de Vz la tensin de entrada Vs a la salida tendremos siempre la tensin constante igual a Vz.

La Rs absorbe la diferencia de tensin entre la entrada y la salida. Cmo se calcula la Rs?

Rs = (Vs- Vo)/ (Il + Iz)

Siendo Vs la tensin de entrada del regulador, Vo la tensin de salida, que ser igual a Vz, Il es la intensidad de carga mxima e Iz la intensidad o corriente a travs del diodo zener.

Esta ltima se escoge siempre de un valor del 10% o del 20% de la corriente mxima.

tambin tenemos que decir que estos diodos se utilizan como reguladores de tensin para determinadas tensiones y resistencias de carga, por encima de ellos el zener puede bloquearse e incluso destruirse. Vamos a poner un ejemplo.

Se desea disear un regulador zener de 5,1V para alimentar una carga de 5 ohmios, a partir de una entrada de 9V. Para ello utilizaremos un zener de 5,1V y 1w. Calcular:

a) La resistencia necesaria de drenaje, asumiendo una corriente de zener del 10% de la corriente mxima.

b) Los lmites de variacin del voltaje de entrada dentro de los cuales se mantiene la regulacin. Se asume que la carga es constante.

c) La potencia nominal de la resistencia de drenaje.

Vamos a resolver el problema:

Para calcular la resistencia de drenaje ya sabemos que es:

Rs = (Vs- Vo)/ (Il + Iz); en nuestro caso:

Vs = 9V; Vo = 5,1V;

Il = Vo / Rl = 5,1/5 = 1,02A;

Iz = Il / 10 = 1,2 /10 = 0,102A (el 10%)

Si ponemos estos valores en la frmula de la Rs tendremos:

Rs = (9V-5,1V)/(1,02A-0,102A)= 3,48.

como este valor de resistencia no existe en la realidad escogeremos el valor de una resistencia de 3,3 que si existe en la realidad y se comercializa.

Vamos ahora a resolver el apartado b).

Los valores mximos y mnimos de la tensin de entrada entre los cuales el circuito mantiene regulada la tensin de salida, podemos despejarlos de la frmula anterior, despejando Vs y teniendo en cuenta que la Iz, corriente a travs del zener, no puede ser superior a su valor mximo Izmx ni inferior a cero. Despejamos Vs:

Vs = (Il + Iz) x Rs + Vo;

El valor mnimo para Vs ser cuando Iz es igual a cero.

Vsmnimo= Il x Rs + Vo;

El valor mximo ser cuando Iz es igual a Izmx.

Vs = (Il + Izmx) x Rs + Vo;

Los valores para nuestro ejercicio son:

Il = 1,02A; Rs = 3,3; Vo = 5,1V y la Izmx ser:

Izmxima= Pz/Vz = 1/5,1= 0,196A. Si ponemos los valores en las frmulas anteriores, tenemos:

Vsminimo = 1,02 x 3,3 + 5,1 = 8,47V

Vmxima = (1,02 + 0,196) x 3,3 + 5,1 = 9,11V.

Qu significa esto? Pues que la tensin de entrada puede ser entre 8,47V y 9,11V para que exista regulacin de tensin del diodo zener.

Si el zener tiene una tensin inferior a 8,47V deja de conducir y si es superior a 9,11V se destruye por sobrecalentamiento. Este ser el rango del que hablamos anteriormente y por lo que los zener no se pueden usar para todos los casos.

En ambos casos no habr regulacin de tensin y el circuito se comportar como un divisor de tensin normal.

CONCLUSIONLos diodos zener solo se pueden utilizar para un rango limitado de tensiones de carga o corrientes de carga.

Para manejar tensiones elevadas se debe utilizar junto con un transistor, que se encargar de transportar la corriente d carga sin alterar la tensin aplicada a ella. Pero para eso tendramos que entender el transistor. Si te interesa aqu tienes el enlace:Transistor.

Por ltimo calculemos el apartado c).

La potencia nominal mnima de la resistencia de drenaje se calcula con la frmula:

Ps = (9,11V -5,1V)/3,3= 4,87w.

Segn esto debe escogerse como mnimo una resistencia d 3,3 y que aguante una potencia de 5w. En la prctica, por seguridad se elegir una de 3,3 y de 10w de potencia.

DIODO TUNEL

Diodo, componente electrnico que permite el paso de lacorriente en un solo sentido. Los diodos ms empleados en los circuitos electrnicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor.El diodo tnel fue descubierto por un estudiante de investigacin llamado Esaki en 1958mientrasl estaba investigando las propiedades de germanio.Descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un gradode contaminacin del material bsicomucho mas elevado que lohabitual exhiben una caracterstica tensin-corriente muy particular. La corrientecomienza por aumentar de modo casi proporcional ala tensin aplicada hasta alcanzar un valor mximo,denominado corriente de cresta.A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensin aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mnimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hacecada vez ms rpido hasta llegar a de

EFECTO DEL DIODO TUNELLa mecnica cuntica nos dice que elefecto tnel permite que un electrn (o partcula cuntica) penetre en y atraviese una zonaque, en principio, estara prohibida. Con esto nos referimos aque el electrn no tiene suficiente energa cintica (la que tiene debido a suvelocidad, por hacer un anlogo clsico) para atravesar una zona, porque hay un potencial elctrico, por ejemplo, que debera impedir su paso por ah.Por poner un ejemplo ms visual: supongamos que tenemos un cable conectado a unapila y una bombilla, formando un circuito, todo en el vaco,sin aire.Imaginemos que la bombilla es una bombilla especial, de super-mega-bajo consumo, de tal manera que con que un solo electrnatraviese el filamento, ya se iluminara. Entonces cortamos un trocito de cable, deforma que la bombilla se apaga. Si pusisemos los dos trozos de cable muy cerca, pero sin tocarse,la fsica clsica nos dira que no pasaran electrones a travs del vaco, de forma que la bombilla no se encendera. Sin embargo, segn las leyes dela mecnica cuntica, el electrn podra pasar atravs del vaco,saltando de uno a otro ypasando por esa zona prohibida en la que nohay material conductorpor el que moverse.

El efecto tnel no se producesiempre: como en todos los efectos cunticos, estamos trabajando con probabilidades, podremos calcular la probabilidad de que el electrn atraviese el vaco,pero no ocurrir con todos los electronesque pasen por el cable, as que no sellegara a encender la bombilla de forma continua. Por otro lado, este efecto depende de manera crtica de ladistanciaque tiene que atravesar elelectrn, del ancho de esa distancia prohibida. La dependencia es exponencial decreciente con la distancia, esto es, que en cuanto aumenta ladistancia la probabilidad de que ocurra disminuye exponencialmente. Matemticamente se puede poner comoe-2ksdonde k esta relacionado con el momento del electrn (algo as como su velocidad) y Ses la distancia que tiene que atravesar, es decir, eltamao del espacio prohibido que debe superar.Este comportamiento exponencial hace que observar este efecto sea realmente difcil.El diodo tnel es un diodo semiconductor que tiene una unin pn,en la cual se produce el efecto tnel que da origen auna conductancia diferencial negativa en un ciertointervalo de la caracterstica corriente-tensinLa presencia del tramo deresistencia negativa permite su utilizacin como componente activo (amplificador/oscilador). Una caracterstica importante del diodo tnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes depolarizacin directa

CURVA DEL DIODO TUNEL

Este diodo presenta una cualidad curiosa quese pone de manifiesto rpidamente al observar su curva caracterstica, la cual seve en elgrfico. En lo querespecta a la corriente en sentido debloqueo se comporta como un diodo corriente, pero en el sentido de paso ofrece unas variantes segn la tensin que se le somete. La intensidad de la corriente crece con rapidez al principio con muy poco valor de tensin hasta llegar a la cresta (C) desde donde, al recibir mayor tensin, se produce una prdida de intensidad hasta D quevuelve a elevarse cuando se sobrepasa toda esta zona del valor de la tensin.DIAGRAMA DEL DIODO TUNEL

En el diagrama se ve el smbolo del diodo Tunel se comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando unatensin aplicada en sentido directo.- Cuando se aplica una pequea tensin, el diodo tunelempieza a conducir(lacorriente empieza a fluir).- Si se sigue aumentando esta tensin la corriente aumentar hasta llegar un punto despus del cual la corriente disminuye.- La corriente continuar disminuyendo hasta llegar al punto mnimo de un "valle" y ....- Despus volver a incrementarse. En esta ocasin la corriente continuar aumentando conforme aumenta la tensin. El diodo tunnel se llama tambin diodo Esaki en honor a su inventor japons Leo Esaki Los diodos tunnel tienen la cualidadde pasar entre los niveles de corriente Ipe Iv muy rpidamente, cambiando de estado de conduccin al de no conduccin incluso ms rpido que los diodos SchottkyDesgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando estn polarizados en inversa. As estosdiodosslo encuentranaplicaciones reducidascomo encircuitososciladores de alta frecuencia.

Otras Caractersticas de los diodos TunelPresenta una zona de resistencia negativa.No hay procesos de alimentacin, por lotanto es til en aplicaciones de altavelocidad.Diodo Unitnel o Backward: cada de tensin en el diodo muy baja.VentajasMuy alta velocidad:La alta velocidadde operacin significa que eldiodo tnelse puede utilizar para aplicaciones de RF de microondas.Longevidad:Se han realizado estudios del diodo tnel y surendimiento se ha demostrado que permanecer estable durante largos perodos de tiempo, donde otrosdispositivos semiconductores pueden tener degradados.DesventajasReproducibilidad:No ha sido posiblehacer que el diodo de efecto tnel como conel rendimiento reproducible de los niveles a menudo necesarios.Baja de pico avalle coeficiente de liquidez:La reginde resistencianegativa yel picode corriente de valle no es tan alto como a menudo se requierepara producir los niveles de rendimiento que se pueden lograr con otrosdispositivos.Dato curiosoUna de las principales razones para el xito inicial del diodo tnel fue su alta velocidad de operacin y las altas frecuencias que poda manejar. Esto dio como resultado del hecho de que mientras que muchos otros dispositivos son ralentizados por la presencia de los portadores minoritarios, el diodo tnel slo utiliza portadores mayoritarios, es decir, agujeros en un material de tipo n y electr1ones en un material de tipo p. Los portadores minoritarios ralentizan el funcionamiento de un dispositivo y como resultado, su velocidad es ms lenta. As mismo, el efecto tnel es intrnsecamente muy rpido.