AO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIALESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA MECATRNICA CURSO : CIRCUITOS ELECTRONICOS II

TEMA

: DISPOSITIVOS DE DOS TERMINALES

DOCENTE

: ING. RONALD TORREJON INFANTE

ALUMNOS

: VSQUEZ PARRILLA DAVID CRDOVA PAZ EDWIN AQUINO VILLEGAS LUIS PACHERREZ PACHERRE YASSER

DISPOSITIVOS DE DOS TERMINALESINTRODUCCION: Existen varios tipos de dispositivos de dos terminales que cuentan con una sola unin p_n similar al diodo semiconductor o Zner pero con modos de operacin caractersticas terminales y reas de aplicacin distintos lo cual resumiremos a continuacin.

DIODO DE POTENCIAUn diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus lmites de tensin y Corriente, permite la circulacin de corriente en un nico sentido. Detalles de funcionamiento, Generalmente despreciados para los diodos de seal, pueden ser significativos para Componentes de mayor potencia, caracterizados por un rea mayor (para permitir mayores Corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas ms elevadas). La figura 2.1 muestra la estructura interna de un diodo de potencia. Como se puede observar en la figura anterior, el diodo est formado por una sola unin PN, aunque la estructura de un diodo de potencia es algo diferente a la de un diodo de seal, puesto que en este caso existe una regin N intermediaria con un bajo dopaje. El papel de esta regin es permitir al componente soportar tensiones inversas ms elevadas. Esta regin de pequea densidad de dopaje dar al diodo una significativa caracterstica resistiva en polarizacin directa, la cual se vuelve ms significativa cuanto mayor sea la tensin que ha de soportar el componente. Las capas que hacen los contactos externos son altamente dopadas, para obtener un contacto con caractersticas hmicas y no del tipo semiconductor. La figura siguiente muestra el smbolo y la caracterstica esttica corriente-tensin de un diodo de potencia.Dispositivos de Electrnica de

La tensin VF que se indica en la curva esttica corriente-tensin se refiere a la cada de tensin cuando el diodo est conduciendo (polarizacin directa). Para diodos de potencia, sta tensin de cada en conduccin directa oscila aproximadamente entre 1 y 2 Volts. Adems, esta cada depende de la corriente que circule, tenindose una caracterstica corriente tensin bastante lineal en la zona de conduccin. Esta relacin se conoce como la resistencia en conduccin del diodo, abreviada por Ron y que se puede obtener como el inverso de la pendiente de la asntota de la curva esttica en la zona de polarizacin directa. La tensin VR representa la tensin de ruptura del dispositivo (Breakdown Voltage) o, lo que es lo mismo, la mxima tensin inversa que puede soportar el diodo cuando ste est bloqueado (polarizacin inversa). Un diodo de potencia puede soportar tensiones inversas elevadas. Si se supera el valor de tensin de ruptura especificado por el fabricante, el diodo puede llegar a destruirse por excesiva circulacin de corriente inversa y en definitiva, por excesiva disipacin de potencia. Los diodos de potencia pueden llegar a soportar tensiones de ruptura de kiloVolts (kV), y pueden conducir corrientes de kiloAmperes (kA). Evidentemente, el tamao del diodo condiciona sus caractersticas elctricas, llegndose a tener diodos con tamaos del orden de varios cm2. Como ya se ha mencionado, los diodos son interruptores unidireccionales en los cuales no puede circular corriente en sentido contrario al de conduccin. El nico procedimiento de control consiste en invertir la tensin nodo ctodo, no disponiendo de ningn terminal de control. En rgimen transitorio cabe destacar dos fenmenos:

EL DIODO SCHOTTKY O DIODO DE BARRERA INTRODUCCION.Es de capital importancia en la electrnica desde sus inicios el diodo en todas sus variantes y tipos. Fue el primer dispositivo que llev a la electrnica un paso ms adelante en la conquista del mundo tecnolgico y an hoy en da sigue siendo uno de los principales elementos dentro de ella, por no decir que el de ms amplio uso y aplicacin junto a los transistores. Se conocen muchos tipos de ellos cada uno con una aplicacin y un comportamiento especfico bastante conocidos, sin embargo es mucho ms frecuente encontrarnos con diodos rectificadores, varactores y hasta diodos Zner en nuestro trabajo diario, que con diodos de barrera o diodos Schottky , por lo cual resulta muy necesario hacer una aproximacin especial a este dispositivo, puesto que en las aplicaciones de altas frecuencias a las que vamos dirigidos en comunicaciones es ste un Elemento indispensable y no son utilizables los diodos convencionales. Se presenta por esto, una breve descripcin del funcionamiento, construccin y curvas caractersticas de este dispositivo tan especial.

Son dispositivos que tienen una cada de voltaje directa (VF) muy pequea, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben tambin el nombre de diodos de recuperacin rpida (Fast recovery) o de portadores calientes. FUNCIONAMIENTO Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metlica y un material Semiconductor, el contacto tiene, tpicamente, un comportamiento hmico cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una regin semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto deben ser El resistivo, comenzando tambin a tener un efecto de rectificacin. Un diodo Schottky, se forma colocando una pelcula metlica en contacto directo con un semiconductor, segn lo indicado en la figura. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad ms grande de los portadores en este tipo de material. La parte metlica ser el nodo y el semiconductor, el ctodo.

Figura. Construccin y smbolo de un diodo Schottky.

En una deposicin de aluminio Al (3 electrones en la capa de valencia), los electrones del semiconductor tipo N migran haca el metal, creando una regin de Transicin en la ensambladura. Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos materiales) estn en trnsito. Su conmutacin es mucho ms rpida que la de los diodos bipolares, una vez que no existan cargas en la regin tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial (tpicamente de 0,3V). La Regin N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la prdida de conduccin, por esto, la tensin mxima soportable para este tipo de diodo est alrededor de los 100V.

Curva caracterstica.

CURVAS CARACTERSTICAS DE UN DIODO SCHOTTKY COMERCIAL 1N5819

APLICACIONES - En fuentes de baja tensin en la cuales las cadas en los rectificadores son significativas. - Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite poco gasto de energa. - Variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades. - El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lgica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutacin entre los transistores sean mucho menores puesto que son ms superficiales y de menor tamao por lo que se da una mejora en la relacin velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia. - TTL-S (schottky): Serie rpida (usa diodos Schottky) - TTL-AS (advanced schottky) Versin mejorada de la serie anterior - TTL-LS (low power schottky) Combinacin de las tecnologas L y S (es la familia ms extendida) - TTL-ALS (advanced low power schottky) Versin mejorada de la serie AS - TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky) - TTL-AF (advanced FAST): Versin mejorada de la serie F

DESVENTAJAS Las dos principales desventajas del diodo Schottky son: - El diodo Schottky tiene poca capacidad de conduccin de corriente en directo (en sentido de la flecha). Esta caracterstica no permite que sea utilizado como diodo rectificador. Hay procesos de rectificacin (por ejemplo fuentes de alimentacin) en que la cantidad de corriente que tiene que conducir en sentido directo es bastante grande. - El diodo Schottky no acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR). El proceso de rectificacin antes mencionado tambin requiere que la tensin inversa que tiene que soportar el diodo sea grande.

CONCLUSIN Nos podemos dar cuenta que el diodo Schottky tiene un segmento muy especial dentro de la electrnica y sus aplicaciones y es especficamente el de trabajar a altas frecuencias de hasta 300MHz, eliminando picos de corriente y en conmutacin altsima, con bajos niveles de tensin, umbral bajo y, debido a su construccin, tiempos de respuesta mucho ms rpidos.

DIODO VARICAP

Smbolo del diodo varicap

introduccion El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenmeno que hace que el ancho de la barrera de potencial en una unin PN vare en funcin de la tensin inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensin, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo as la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensin. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensin inversa mnima tiene que ser de 1 V. La aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de TV, modulacin de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador controlado por tensin). En tecnologa de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensin en el diodo, su capacidad vara, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.

funcionamiento El Diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamientoen el fenmeno que hace que la anchura delabarrera depotencial en una unin PN varie en funcin dela tensin inversa aplicada entre susextremos. Al aumentar dicha tensin, aumenta la anchura de esabarrera, disminuyendo as la capacidad del diodo. De este modo se obtieneuncondensador variablecontrolado por tensin. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensin inversamnima tiene que ser de 1 V.

Aplicaciones La aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de TV, modulacin de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (Oscilador controlado por tensin). En tecnologa de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensin en el diodo, su capacidad vara, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.

DIODO TNELSmbolo del Diodo tnel

Introduccion El Diodo tnel es un diodo semiconductor que tiene una unin pn, en la cual se produce el efecto tnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la caracterstica corriente-tensin. La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilizacin como componente activo (amplificador/oscilador). Tambin se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre que descubri que una fuerte contaminacin con impurezas poda causar un efecto de tunelizacin de los portadores de carga a lo largo de la zona de agotamiento en la unin.

Caractersticas Una caracterstica importante del diodo tnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarizacin directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje.

Este comportamiento de la corriente en funcin de la tensin en el diodo tunel se puede ver en el siguiente grfico:

Vp: Tensin pico Vv: Tensin de valle Ip: Corriente pico Iv: Corriente de valle

La regin en el grfico en que la corriente disminuye cuando la tensin aumenta (entre Vp y Vv) se llama "zona de resistencia negativa" En consecuencia, el diodo tnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de bajapotencia para aplicaciones que involucran microondas y que estn relativamente libres de los efectos de la radiacin.

FotodiodoUn fotodiodo es un semiconductor construido con una unin PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producir una cierta circulacin de corriente cuando sea excitado por la luz. Debido a su construccin, los fotodiodos se comportan como clulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensin muy pequea con el con el positivo en el nodo y el negativo en el ctodo. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

Smbolo electrnico

.

Principio de operacin Un fotodiodo es una unin PN o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energa llega al diodo, excita un electrn dndole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la absorcin ocurre en la zona de agotamiento de la unin, o a una distancia de difusin de l, estos portadores son retirados de la unin por el campo de la zona de agotamiento, produciendo una fotocorriente. Los diodos tienen un sentido normal de circulacin de corriente, que se llama polarizacin directa. En ese sentido el diodo deja pasar la corriente elctrica y prcticamente no lo permite en el inverso. En el fotodiodo la corriente (que vara con los cambios de la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producir un aumento de la circulacin de corriente cuando el diodo es excitado por la luz. Fotodiodos de avalancha Tienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados al ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo. Composicin El material empleado en la composicin de un fotodiodo es un factor crtico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1m); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 m ); o de cualquier otro material semiconductor. Uso

A diferencia del LDR , el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminacin y viceversa con mucha ms velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta ms pequeo. Se usa en los lectores de CD, recuperando la informacin grabada en el surco del Cd transformando la luz del haz lser reflejado en el mismo en impulsos elctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados. Usados en fibra ptica

TERMISTORAl igual que las sondas de resistencia, los termistores son dispositivos que varan su resistencia con la temperatura. Si se puede clasificar a la termocupla como el sensor de temperatura ms verstil y a la RTD de platino como el sensor ms estable, los termistores se pueden catalogar como los sensores ms sensibles. Son los que exhiben mayor variacin en sus parmetros con la temperatura. Los termistores se construyen con materiales semiconductores. Los ms comunes tienen coeficientes de temperatura negativo (NTC), es decir, su resistencia disminuye con un aumento de temperatura. Este coeficiente tiene una magnitud importante, lo que permite que un transductor basado en un termistor pueda detectar cambios de temperatura del orden de dcimas e incluso centsimas de grado. Por ejemplo, la resistencia nominal de un termistor es del orden de 5000 ohm con un NTC de - 4 %/ C, lo que equivale a una variacin de resistencia de 200 W/C. El precio a pagar por una sensibilidad tan alta es una fuerte alinealidad. El termistor es altamente no lineal y requiere la utilizacin de una ecuacin de ajuste para convertir lecturas de resistencia en temperatura.

CELDAS SOLARESLas clulas o celdas solares son dispositivos que convierten energa solar en electricidad, ya sea directamente va el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversin de energa solar a calor o a energa qumica. La forma ms comn de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a travs de un circuito externo de modo de producir trabajo til.

Los orgenes de celdas solares Aunque las celdas solares eficientes han estado disponibles recin desde mediados de los aos 50, la investigacin cientfica del efecto fotovoltaico comenz en 1839, cuando el cientfico francs, Henri Becquerel descubri que una corriente elctrica podra ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones qumicas. El efecto fue observado primero en un material slido (el metal selenio) en 1877. Este material fue utilizado durante muchos aos para los fotmetros, que requeran de cantidades muy pequeas de energa. Una comprensin ms profunda de los principios cientficos, fue provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una clula solar de silicio que converta el 6% de la luz solar que incida sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapn,

Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de clula que fue utilizada en usos especializados tales como satlites orbitales a partir de 1958. Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia de conversin en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una fraccin del precio de hace treinta aos. En la actualidad existen una gran variedad de mtodos para la produccin prctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales (seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc.). Cmo se hacen las celdas solares? Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o lminas delgadas Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milmetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta. Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo son apreciablemente ms baratas de producir, pero no tan eficiente como las celdas monocristalinas. El rendimiento ms bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo. En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado. El silicio amorfo, una de las tecnologas de lmina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologas de lmina delgada. Este tipo de clula solar se puede aplicar como pelcula a substratos del bajo costo tales como cristal o plstico. Otras tecnologas de lmina delgada incluyen lmina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lmina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposicin y un ensamblado ms fcil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construccin baratos, la facilidad de la produccin en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes. En la produccin de celdas solares al silicio se le introducen tomos de impurezas (dopado) para crear una regin tipo p y una regin tipo n de modo de producir una unin p-n. El dopado se puede hacer por difusin a alta temperatura, donde las

planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor. Hay muchos otros mtodos de dopar el silicio. En la fabricacin de algunos dispositivos de lmina delgada la introduccin de dopantes puede ocurrir durante la deposicin de las lminas o de las capas. Un tomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos ms dbilmente unidos), que enlazan a los tomos adyacentes. Substituyendo un tomo del silicio por un tomo que tenga 3 o 5 electrones de la valencia producir un espacio sin un electrn (un agujero) o un electrn extra que pueda moverse ms libremente que los otros, sta es la base del doping. En el doping tipo p, la creacin de agujeros, es alcanzada mediante la incorporacin en el silicio de tomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creacin de electrones adicionales es alcanzada incorporando un tomo con 5 electrones de valencia, generalmente fsforo.

una vez que se crea una unin p-n, se hacen los contactos elctricos al frente y en la parte posterior de la clula evaporando o pintando con metal la plancha. la parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrn en forma de rejilla o de lneas finas de metal, de otra manera el metal bloqueara al sol del silicio y no habra ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.

Cmo funcionan las celdas solares? Para entender la operacin de una clula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. las celdas solares estn formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. la luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los tomos en el silicio y el campo interno producido por la unin que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayora de ellas solamente se pueden recombinar pasando a travs de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energa potencial interno. por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a travs del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

Efecto fotovoltaico en una clula solar

La cantidad de energa que entrega un dispositivo fotovoltaico est determinado por:

El tipo y el rea del material La intensidad de la luz del sol La longitud de onda de la luz del sol

Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir ms el de 25% de la energa solar en electricidad, porque la radiacin en la regin infrarroja del espectro electromagntico no tiene suficiente energa como para separar las cargas positivas y negativas en el material. Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a prdidas de energa internas ms altas que las del silicio monocristalino. Una tpica clula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm 2 producir cerca de 1.5 vatios de energa a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energa de salida de la clula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energa de salida tambin ser disminuida a la mitad). Una caracterstica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la clula no depende de su tamao, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamao. Para comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o amperios por centmetro cuadrado del rea de la clula. La potencia entregada por una clula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay lmites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la necesidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una cada de potencia a causa del aumento de la temperatura de la clula. Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.

APLICACIONES A LOS DIODOS

Aplicaciones: -Traccin elctrica: troceadores y convertidores. Industria: -Control de motores asncronos. -Inversores. -Caldeo inductivo. -Rectificadores.