EL DIODO
Las propiedades de los
materiales semiconductores se conocían en 1874, cuando se observó la
conducción en un sentido en cristales de sulfuro, 25 años más tarde se empleó
el rectificador de cristales de galena para la detección de ondas. Durante la
Segunda Guerra Mundial se desarrolló el primer dispositivo con las propiedades
que hoy conocemos, el diodo de germanio.
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POLARIZACIÓN |
CIRCUITO |
CARACTERÍSTICAS |
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DIRECTA
el
ánodo se conecta al positivo de la batería
y el cátodo al negativo.
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El diodo conduce con una caída
de tensión
de 0,6 a 0,7V.
El valor de la resistencia interna seria muy bajo.
Se comporta como un interruptor cerrado |
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INVERSA
el ánodo se conecta al negativo y el cátodo
al positivo de la
batería
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El diodo no conduce y toda la
tensión de la pila cae sobre el.
Puede existir una corriente de fuga del orden de uA.
El valor de la resistencia interna sería muy alto
Se comporta como un interruptor
abierto. |
SIMBOLOGÍA
CARACTERISTICAS TECNICAS
Como todos los
componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de
los demás semiconductores. Es necesario conocer estas, pues los libros de
características y las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes
aparecerán las más importantes desde el punto de vista practico.
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Valores
nominales de tensión: |
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VF
= Tensión directa en los extremos del diodo en conducción. |
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VR
= Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa. |
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VRSM
= Tensión inversa de pico no repetitiva. |
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VRRM
= Tensión inversa de pico repetitiva. |
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VRWM
= Tensión inversa de cresta de funcionamiento. |
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Valores
nominales de corriente: |
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IF
= Corriente directa. |
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IR
= Corriente inversa. |
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IFAV
= Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo. |
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IFRMS
= Corriente eficaz en estado de conducción. Es la máxima corriente
eficaz que el diodo es capaz de soportar. |
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IFSM
= Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva. |
AV= Average(promedio)
RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática) |
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Valores nominales
de temperatura
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Tstg
= Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de
almacenamiento. |
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Tj =
Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los
semiconductores.
La curva característica del diodo.
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TIPOS DE DIODOS.-
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DIODOS
METAL-SEMICONDUCTOR.-
Los más antiguos son los de germanio con punta de tungsteno o de
oro. Su aplicación más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También
se utilizan como detectores en los receptores de modulación de frecuencia.
Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una
resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima de 0,2 a
0,3v.
El
diodo Schottky
son un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor
con algunas diferencias respecto del anterior. Fue desarrollado por la
Hewlett-Packard en USA, a principios de la década de los 70. La conexión
se establece entre un metal y un material semiconductor con gran
concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de
electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos
materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión
de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen
una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus
aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se
refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos.
El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de
vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo,
mediante un anillo serigrafiado. |
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Diodo de punta
de germanio |
Diodo Schottky |
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DIODOS RECTIFICADORES.-
Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación
como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan
elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy
baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Gracias a esto se
pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias
relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde
hace tiempo.
Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de
alimentación como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios
electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas.
En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración
en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los
puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran
medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso.
Los distintos
encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que
tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por
encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más
elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para
fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor
producido por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos
integrados.
En esta tabla no
están todos los encapsulados en los que se fabrican los diodos, pero si
están los más importantes
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DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION.- La desactivación
de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido
inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su
activación. Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente
y elimina el problema.
El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más
lenta, así que la frecuencia a la que puede ser activado el relé es más
baja. Se le llama comúnmente diodo volante. |
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DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION DE UN DIODO LED EN
ALTERNA.- El diodo LED cuando se polariza en c.a.
directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia limitadora, sin
embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en
los extremos del diodo, lo que puede destruirlo. |
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DIODOS ZENER.- Se emplean para producir entre sus extremos
una tensión constante e independiente de la corriente que las atraviesa
según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la propiedad
que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la
tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del
diodo sufre un aumento brusco. Para evitar la destrucción del diodo por la
avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone en serie
una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v y con
una potencia mínima de 250mW.
Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que
tenga que disipar.
Curva característica
de un diodo zener. |
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DIODOS LED ( Light Emitting Diode).-Es un diodo que
presenta un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin
embargo, su tensión de umbral, se encuentra entre 1,3 y 4v dependiendo del
color del diodo. |
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Color |
Tensión en directo |
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Infrarrojo |
1,3v |
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Rojo |
1,7v |
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Naranja |
2,0v |
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Amarillo |
2,5v |
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Verde |
2,5v |
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Azul |
4,0v |
El conocimiento de
esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea
necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una
resistencia que limita la intensidad que circulará por el. Cuando se polariza
directamente se comporta como una lamparita que emite una luz cuyo color
depende de los materiales con los que se fabrica. Cuando se polariza
inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente.
La intensidad mínima para que un diodo LED emita luz visible es de 4mA y, por
precaución como máximo debe aplicarse 50mA.
Para identificar los terminales del diodo LED observaremos como el cátodo será
el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además en el encapsulado,
normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el que se
encuentra el cátodo.
Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a
distancia.
Se fabrican algunos LEDs especiales:
LED bicolor.- Están
formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en
la detección de polaridad.
LED tricolor.-
Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el cátodo común. El
terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el
tercero es el ánodo verde.
Display.- Es una
combinación de diodos LED que permiten visualizar letras y números. Se
denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos
configuraciones: ánodo común y cátodo común.
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Estructura de un LED bicolor |
Estructura de un LED tricolor |
Display |
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Display de cátodo común |
Display de ánodo común |
Disposición de los pines en un
display |
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FOTODIODO.- Son dispositivos semiconductores construidos
con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja.
Para que su funcionamiento sea correcto se polarizarán inversamente, con
lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando sean
excitados por la luz. Debido a su construcción se comportan como células
fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una
tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el
cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a los cambios bruscos de
luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en muchos
circuitos estás últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la
ventaja anteriormente citada. |
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DIODO DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP).- Son diodos que
basan su funcionamiento en el principio que hace que la anchura de la
barrera de potencial en una unión PN varia en función de la tensión
inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la
anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este
modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los
valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500pF. La tensión inversa
mínima tiene que ser de 1v.
La aplicación de estos diodos se encuentra en la sintonía de TV,
modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio, sobre todo.
NOMENCLATURAS: |
Todos los semiconductores tienen serigrafiados números y
letras que especifican y describen de que tipo de dispositivo se trata.
Existen varias nomenclaturas o códigos que pretenden darnos esta preciada
información. De todas destacan tres:
PROELECTRON
(Europea) que consta de dos letras y tres cifras para los componentes
utilizados en radio, televisión y audio o de tres letras y dos números para
dispositivos industriales. La primera letra precisa el material del que está
hecho el dispositivo y la segunda letra el tipo de componente. El resto del
código, números generalmente, indica la aplicación general a la que se aplica.
Para la identificación de estos dispositivos se utiliza la tabla que sigue a
continuación.
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La primera letra indica el material semiconductor
utilizado en la construcción del dispositivo |
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A |
Germanio |
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B |
Silicio |
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C |
Arseniuro de
Galio |
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D |
Antimoniuro
de Indio |
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R |
Material de
otro tipo |
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La segunda letra indica la construcción y
utilización principal del dispositivo |
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A |
Diodo
de señal (diodo detector, de conmutación a alta velocidad, mezclador). |
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B |
Diodo
de capacidad variable (varicap). |
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C |
Transistor, para aplicación en baja frecuencia. |
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D |
Transistor de potencia, para
aplicación en baja frecuencia |
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E |
Diodo túnel. |
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F |
Transistor para aplicación en
alta frecuencia. |
|
L |
Transistor de potencia, para
aplicación en alta frecuencia |
|
P |
Dispositivo sensible a las
radiaciones. |
|
R |
Dispositivo de conmutación o de
control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de ruptura
(tiristor). |
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S |
Transistor de aplicación en
conmutación. |
|
T |
Dispositivo de potencia para
conmutación o control, gobernado eléctricamente y teniendo un efecto de
ruptura (tiristor). |
|
U |
Transistor de potencia para
aplicación en conmutación |
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X |
Diodo multiplicador (varactor). |
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Y |
Diodo de potencia
(rectificador, recuperador). |
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Z |
Diodo Zener o de regulación de
tensión. |
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La serie numérica consta: |
a) De tres cifras
(entre 100 a 999)
para dispositivos proyectados principalmente en aparatos de
aplicación doméstica (radio,
TV, registradores, amplificadores).
b) Una letra (X,Y,Z),
seguida de dos cifras (de 10 a 99) para los dispositivos proyectados para
usos principales en
aplicaciones industriales y profesionales.
Ejemplos:
BC107 Transistor
de silicio de baja frecuencia, adaptado principalmente para usos
generales.
BSX 51
Transistor de silicio de conmutación, adaptado principalmente para
aparatos
industriales.
En algunos casos, para indicar
variaciones de un tipo ya existente, la serie numérica puede ir seguida de
una letra:
BSX51A
Transistor similar al BSX51, pero especificado para una tensión más alta.
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En Estados
Unidos se utiliza la nomenclatura de la
JEDEC (
Joint Electronic Devices Engineering Council) regulado por la EIA (Electronic
Industries Association), que consta de un número, una letra y un número de
serie (este último sin significado técnico). El significado de los números y
letras es el siguiente:
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1N Diodo o
rectificador |
2N Transistor
o tiristor |
3N Transistor
de Efecto de Campo FET o MOSFET |
Los fabricantes
japoneses utilizan el código regulado por la
JIS (Japanese
Industrial Standards), que consta de un número, dos letras y número de serie
(este último sin ningún significado técnico). El número y letras tienen el
siguiente significado:
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Número |
Primera letra |
Segunda letra |
|
0 |
Foto transistor |
S |
Semiconductor |
A |
Transistor PNP de A.F. |
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1 |
Diodo, rectificador o varicap |
|
|
B |
Transistor PNP de B.F. |
|
2 |
Transistor, tiristor |
|
|
C |
Transistor NPN de A.F. |
|
3 |
Semiconductor con dos puertas |
|
|
D |
Transistor NPN de B.F. |
|
|
|
|
|
F |
Tiristor de puerta P |
|
|
|
|
|
G |
Tiristor de puerta N |
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|
|
J |
FET de canal P |
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|
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|
|
K |
FET de canal N |
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Ejemplo.- 2SG150:
Tiristor de puerta N |