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EELLEECCTTRROONNIICCAAEDICION ARGENTINA

ES UNA EDICION ESPECIAL DE

ResistenciaEléctrica

ResistenciaEléctrica

EnciclopediaEnciclopediaVVisualisualde lade laElectrónicaElectrónica

INDICE DEL

CAPITULO 3

RESISTENCIA ELECTRICALa resistencia eléctrica .................................35Unidad de resistencia ...................................35La ley de Ohm ...............................................36Resistividad .....................................................37Circuito eléctrico ...........................................38Otra vez la ley de Ohm ................................39Cálculo de la corriente ................................40Cálculo de la resistencia ..............................40Cálculo de la tensión....................................41Los resistores en la práctica .........................41La ley de Joule...............................................42Unidades de potencia, energía y calor...............................................43Calor específico de los materiales..............44

DIODOS SEMICONDUCTORESIntroducción...................................................44Diodos semiconductores ..............................45Diodo rectificador .......................................46Diodo zéner ....................................................47Diodo de corriente constante .....................47Diodo de recuperación en escalón, .........47Diodo invertido .............................................47Diodo túnel .....................................................47Diodo varicap ................................................48Diodo varistor .................................................48Diodo emisor de luz.......................................48

LA RESISTENCIA EL CTRICA

La cantidad de agua que sale deun caño, como se muestra en la figu-ra 1, depende de la altura del tan-que (comparable a la "presión" otensión) y del espesor del caño. Laanalogía eléctrica de este fenóme-no se estudiará enseguida.

Pensando en la analogía con undepósito de agua, vemos que el flu-jo por el caño depende en gran par-te del espesor del mismo. En un cañomás grueso el agua encuentra me-nor "resistencia" y puede fluir conmás facilidad. El resultado es un flujomucho más intenso y por consiguien-te una cantidad mayor de agua.con la electricidad ocurre lo mismo.

Si tenemos una fuente cualquierade energía eléctrica capaz de pro-porcionar cargas en cantidades limi-tadas, que a la vez hace de tanque,la unión con un cable conductor en-tre los polos de la fuente hace que lacorriente pueda fluir y eso nos lleva aun comportamiento semejante aldel tanque de agua (figura 2).

La intensidad de la corriente queva a fluir, es decir, el número de "am-peres" no depende sólo de la tensiónde la fuente sino también de las ca-racterísticas del conductor. Estudia-mos que los materiales se comportande modo diferente en relación a latransmisión de cargas. No existenconductores perfectos. Y además, elcable conductor puede ser fino ogrueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino y largo, dematerial mal conductor de la electri-cidad, el flujo será muy pequeño. Lacorriente encontrará una gran "re-sistencia" u "oposici n" a su circula-ción. Si el cable fuera de un buenmaterial conductor, corto y grueso,la oposición al pasaje de corrienteserá mínima y la corriente intensa (fi-gura 3).

El efecto general de un cable ode un cuerpo cualquiera que es re-corrido por una corriente se denomi-

na Resistencia El c-trica.

Podemos definir laresistencia eléctricacomo:

"Una oposici n alpasaje de la corrien-te."

La resistencia eléc-trica de un conduc-tor depende de di-versos factores, co-mo la naturaleza delmaterial de que estáhecho el conductory del formato (longitud, espesor,etc.).

Unidad de resistenciaSi conectamos un conductor a un

generador (pila) u otra fuente deenergía que establezca una tensiónde 1V y verificamos que es un reco-rrido por una corriente de 1A (1 am-pere) de intensidad, podemos deci-dir entonces que el conductor pre-senta una resistencia de 1 ohm (Ω).

El ohm, abreviado Ω, es la unidadde resistencia. La letra griega ome-ga mayúscula se utiliza para la abre-viatura (figura 4).

Podemos, como en el caso de lacorriente y la tensión, usar múltiplos ysubmúltiplos del ohm para represen-tar resistencias grandes y chicas. Esmás común el uso de múltiplos.

Es así que si tuviéramos una resis-tencia de 2.200 ohms, podemos, enlugar de ese número, escribir 2k2 ó2,2k, donde ksignifica "kilo"o 1.000 ohm.Vea que po-demos usarloal final delnúmero o enlugar de lacoma deci-mal.

Del mismo modo, si tuviéramos unaresistencia de 1.500.000 ohm pode-mos escribir 1M5 ó 1,5MΩ donde Msignifica "Mega" o millones de ohm.

Vea en este caso que también la

Capítulo 3

35

Capítulo 3

Resistencia Eléctrica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

letra M puede usarse al final del nú-mero o en lugar de la coma deci-mal.

LA LEY DE OHM

Una de las leyes más importantesde la electricidad es la Ley de Ohm.

Para enunciarla, conectemos a lafuente de energía eléctrica que es-tablezca tensiones diferentes, un ca-ble conductor que presente ciertaresistencia y midamos las corrientescorrespondientes, comprobaremosque se dan determinadas situacio-nes que permitirán verificar esta im-portante ley (figura 5).

Lo que hacemos entonces es apli-car al conductor diferentes tensionesy anotar las corrientes correspon-dientes.

Si tenemos una tensión de 0V lacorriente será nula.

Si tenemos una tensión de 1V, lacorriente será de 0,2A.

Si tenemos una tensión de 2V, lacorriente será de 0,4A.

Podemos ir anotando sucesiva-mente las tensiones y las corrientes

correspondientespara este conduc-tor determinado yformar una tabla:

Tensi n Corriente (V) ...................(A)0.........................01 ......................0,22 ......................0,43 ......................0,64 ......................0,85 ......................1,06 ......................1,27 ......................1,48 ......................1,69 ......................1,810 ...................2,0

Analizando la ta-bla sacamos dosconcluisones impor-tantes:

1) Dividiendo latensión por cual-quier valor de la co-rriente obtenemossiempre el mismonúmero:

1/0,2 = 55/1,0 = 58/1,6 = 5

El "5", valor constante, es justamen-te la resistencia.

La resistencia depende, por lo tan-to, de la tensión y de la corriente ypuede calcularse dividiendo la ten-

sión (V) por la corriente (I). (En las fór-mulas representamos las tensionespor E o V y las corrientes por I). Pode-mos establecer la importante fórmu-la que expresa la Ley de Ohm:

VR = ____ (1)

I

Para calcular la resistencia de unconductor (o de otro elemento cual-quiera) basta dividir la tensión entresus extremos por la corriente que cir-cula en el elemento. De la fórmulaobtenemos otras dos:

V = R x I (2)I = V/R(3)

La primera nos permite calcular la"ca da de tensi n en un cable" ocuántos volt cae la tensión a lo largode un conductor en función de su re-sistencia.

La segunda nos da la corriente,cuando conocemos la tensión y laresistencia de un conductor.

2) Graficando los valores de lastensiones y corrientes de un conduc-tor obtenemos la representación si-guiente (figura 6).

Unidos los puntos obtenemos unarecta inclinada. Esta recta es la "cur-va características de una resisten-cia".

Si se tienen dos conductores conotras resistencias, podemos hacer losgráficos y obtener "curvas" con incli-naciones diferentes (figura 7).

Resistencia Eléctrica

36

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

La inclinación de la "curva" se mi-de por la tangente (tg) del ángulo.

Esa tangente es justamente el va-lor dado de la tensión por la corrien-te correspondiente, como muestra lafigura 8. La tangente del ángulo A(tgA) corresponde entonces a la re-sistencia del conductor.

Es importante que recuerde que:- El cociente de la tensión y la co-

rriente en un conductor es su resis-tencia.

- En un conductor la corriente esdirectamente proporcional a la ten-sión.

- La "curva característica" de unconductor que presente una ciertaresistencia, es una recta.

Vea que todos los conductorespresentan curvas como las indica-das. Los componentes o elementoque presentan este tipo de compor-tamiento se denominan "dipolos li-neales" y podemos citar a los resisto-res y a los conductores comoejemplos. Existen también di-polos no lineares cuyas "cur-vas" pueden presentar confi-guraciones diferentes comose ve en la figura 9.

RESISTIVIDAD

Como vimos la resistenciade un conductor dependede tres factores: longitud, es-pesor y tipo de material. De-

jando de lado la longitud y el espe-sor, podemos analizar los diversosmateriales en función de una magni-tud que caracteriza a los conducto-res de la electrici-dad.

Es así que deci-mos que el cobre esmejor conductorque el aluminio, enel sentido de que sipreparáramos uncable de cobre yotro de aluminio, dela misma longitud yespesor, el cable decobre presentarámenor resistencia(figura 10).

Existe entoncesuna magnitud, la"resistividad" quecaracteriza el ma-terial de que estáhecho el conductoreléctrico y que nodepende de las di-

mensiones del cuerpo final que for-mará, sea un cable, una barra, unaesfera, etc.

La resistividad se representa con laletra griega ρ (ro) y al final de estalección se dará una tabla compara-tiva de resistividades de los metalescomunes. Vemos entonces que, res-pecto de las resistividades, al del alu-minio es de:

0,028 ohm. mm2/m

y la del cobre es bastante menor:

0,017 ohm.mm2/m

¿Qué significan esos valores?Sifnifica que si hacemos un cable

(alambre) de cobre de 1 m de longi-tud y 1 mm2 de sección, tendrá unaresistencia de 0,0175 ohm.

La sección recta es el área del cor-te transversal del alambre comomuestra la figura 11.

Capítulo 3

37

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Vea que tenemos alambres concorte circular y también con cortecuadrado. Si sus superficies fueraniguales, en el cálculo son equivalen-tes.

La fórmula que permite calcular laresistencia de un cable de metalcualquieira, conociendo su resistivi-dad, es:

lR = ρ . _____ (4)

S

Donde: ρ es la resistividad en ohms.

mm2/ml es la longitud del cable en

metrosS es la superficie de la sec-

ción transversal en mm2

Si el cable fuera de sección circu-lar, la superficie puede calcularse enfunción del diámetro mediante lafórmula siguiente:

π D2

S = _____4

Donde: D es el diámetro del cable

en mm.La resistividad es una magnitud in-

herente al material, que lo caracteriza

como buen o mal con-ductor de la electrici-dad.

¿Qué es lo que real-mente causa la resis-tencia de un material,un metal, por ejem-plo?

—La oposición alpasaje de la corrienteeléctrica por el mate-rial, o sea que la resis-tencia depende de la

cantidad de electrones libres que elmaterial posee, además de la exis-tencia de fuerzas que pueden alte-rar su movimiento.

En un metal, por ejemplo, la can-tidad de electrones libres depende,en parte, de su temperatura, pero lamisma temperatura hace que la agi-tación de las partículas aumente, es-to dificulta el movimiento de las car-gas. Entonces, tenemos para los me-tales una característica importante:como la agitación de las partículas(átomos) predomina en relación a laliberación de las cargas, la resistivi-dad aumenta con la temperatura.

Para los metales puros, el coefi-ciente de temperatura, o sea la ma-nera en que aumenta la resistividad,está cerca del coeficiente de ex-pansión térmica de los gases que es1/273 = 0,00367.

¿Qué significa decir que la corrien-te es directamente proporcional a latensión, en el caso de la Ley deOhm?

— Tiene mucha importancia en-tender ese significado pues apareceen muchas leyes físicas relativas a laelectricidad. Decir que una corrientees directamente proporcional a latensión significa que a cualquier au-mento o disminución de la tensión(causa) corresponde en relación di-

recta un aumentoo disminución decorriente. En el ca-so de aumentar latensión el 20%, lacorriente aumenta-rá en la misma pro-porción. En la rela-ción de proporcióndirecta, las magni-tudes que intervie-nen aparecen

siempre con el exponente "1". En este caso, la tensión y la co-

rriente en la Ley de Ohm no estánelevadas al cuadrado ni a otro ex-ponente como sucede en otros tiposde relación.

En la relación X = Y2, por ejemplo,existe una relación de proporción di-recta al cuadrado. Puede decirse eneste caso que "X es directamenteproporcional al cuadrado de Y".

Vea que todos los valores están enel numerador.

En la relación X = 1/Y2 puede decir-se que X es inversamente proporcio-nal al cuadrado de Y, pues Y está alcuadrado y en el denominador.

En la figura 12 se muestran curvasque representan relaciones directa-mente proporcionales al cuadrado einversamente proporcionales al cua-drado. Ahora bien, ¿siempre que ha-ya una tensión y un cable va a circu-lar corriente?

La respuesta es NO. Para que cir-cule corriente y se verifique la Ley deOhm, debe existir un circuito cerra-do; por ello, veamos que nos dice laLey de Ohm desde otro enfoque.

CIRCUITO EL CTRICO

La aplicación de cargas eléctricascon signo contrario a los extremos deun conductor no es suficiente paralograr una corriente eléctrica cons-tante, pues solo se lograría la circula-ción, por un momento, de flujo decorriente eléctrica, hasta que lascargas de los extremos se hayanneutralizado, tal como se muestra enla figura 13.

Resistencia Eléctrica

38

Fig. 10

Fig. 11

Fig. 12

Para que en un conductor hayacorriente eléctrica, los electrones li-bres deberán moverse constante-mente en una misma dirección, loque se consigue por medio de unafuente de energía para aplicar lascargas de signo contrario a los extre-mos del conductor; las cargas nega-tivas serán atraídas por las cargaspositivas del otro extremo. Por cadaelectrón que dé la fuente al conduc-tor por el lado negativo, existirá otroen el lado positivo; entonces la co-rriente fluirá de manera constantemientras se mantengan aplicadas alconductor las cargas eléctricas de lafuente de energía, por tanto, se lla-ma circuito cerrado o completo (fi-gura 14).

Un claro ejemplo de fuentes deenergía eléctrica son las baterías ylas pilas. Para que haya flujo cons-tante de corriente, el circuito deberáestar cerrado o completo. Ahora, si

un circuito se inte-rrumpe en cual-quier punto, la co-rriente dejará defluir y se dice que esun circuito abierto;éste puede abrirsedeliberadamentepor medio de un in-terruptor, u ocurrircomo consecuen-cia de fallas o des-perfectos en un ca-ble o una resisten-cia quemada, porejemplo. Por lo ge-neral se usan fusi-bles como protec-ción del circuitocontra excesos decorrientes que pue-dan perjudicar lafuente de tensión.Sepamos que el fu-sible tiene la fun-ción de abrir el cir-cuito cuando la co-rriente excede elvalor límite, ya queen un circuito serieabierto no hay flujode corriente, y nohay caída de ten-sión sobre las resis-tencias que formanla carga (Figura 15).

En el circuito decorriente continua, la resistencia eslo único que se opone al paso de lacorriente y determina su valor. Si elvalor de la resistencia fuera muy pe-queño, la corriente a través del cir-cuito sería demasiado grande. Por lotanto, el cortocircuito es la condi-ción de resistencia muy baja entrelos terminales de una fuente de ten-sión. Se dice que un circuito está encorto cuando la resistencia es tanbaja que el exceso de corriente pue-de perjudicar los componentes delcircuito; los fusibles y los tipos de inte-rruptores automáticos protegen loscircuitos contra el peligro de los cor-tocircuitos.

OTRA VEZ LA LEY DE OHM

Sabiendo que la corriente que flu-ye por un circuito cerrado dependede la tensión aplicada y de la resis-

tencia de la carga, podemos hacerlas siguientes observaciones:

Recordemos que una fuente detensión origina una corriente eléctri-ca en un circuito cerrado, y que laresistencia del circuito se opone aella; por lo tanto, hay una estrecharelación entre la tensión, la corrientey la resistencia, lo que fue descubier-to por el físico alemán OHM, quiendespués de varios experimentos hizoestas comprobaciones:

a) Si la resistencia del circuito semantiene constante y se aumenta latensión, la corriente aumenta.

b) Si en el mismo circuito se dismi-nuye la tensión, la corriente disminu-ye proporcionalmente.

Ohm, de lo anterior, dedujo que:"la corriente, en cualquier circuito, esdirectamente proporcional a la ten-si n aplicada".

Y además:

c) Si la tensión de la fuente semantiene constante y se cambia laresistencia del circuito por otra ma-yor, la corriente disminuye.

d) Si en el mismo circuito la resis-tencia disminuye, el valor de la co-rriente aumenta.

OHM dedujo: "la corriente es inver-samente proporcional a la resisten-cia del circuito".

La relación entre corriente, tensióny resistencia constituye la ley funda-mental de la electricidad y se cono-ce como "LEY DE OHM", que se re-sume así:

"en todo circuito el ctrico, la co-rriente es directamente proporcionala la tensi n aplicada e inversamenteproporcional a la resistencia del cir-cuito".

Matemáticamente se expresa así: V

I = ____R

que nos muestra que la corrienteen un circuito es igual al valor de latensión dividido por el valor de la re-sistencia. Hay también otras dos fór-

Capítulo 3

39

AL APLICAR CAR-GAS ELECTRICAS AUN CONDUCTOR,SE PRODUCE UNACORRIENTE ELEC-TRICA QUE DESA-PARECE CUANDOSE NEUTRALIZANDICHAS CARGAS

Fig. 13

I - CORRIENTELAMPARA(CARGA)

BATERIA(TENSION)

Fig. 14

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

Fig. 15

mulas útiles de la ley de Ohm y son:

VR = ___

I

que nos muestra que la corrientees igual a la tensión dividida por lacorriente y

V = I . R

que nos muestra que la tensión esigual a la corriente multiplicada porla resistencia (figura 16).

Recordemos siempre las 3 fórmulasde la Ley de Ohm, ya que son muyimportantes, y las usaremos frecuen-temente. Al comienzo es imprescin-dible tener el gráfico de la figura 17a la vista, pues ahí tenemos las for-mas de la ley de Ohm. Si necesita-mos calcular I, la tapamos y nos que-da V/R, si queremos calcular R, ta-pamos y nos queda V/I; y si necesita-mos calcular V, tapamos y nos que-da I . R.

C LCULO DE LA CORRIENTE

Si necesitamos calcular cualquierade los 3 factores intervinientes en uncircuito eléctrico, es mejor estar se-guros, en primer término, de cuál esel factor que se desconoce, —la in-cógnita— y después elegir la ecua-ción apropiada para resolver el pro-blema, tal como se muestra en la fi-gura 18. Se debe encontrar el valor

de la corriente que circularáen el circuito de la figura, for-mado por: una fuente deenergía de 200V, una resis-tencia de 40Ω y un fusibleque soporta 6A máximo.

¿Se excederá la capaci-dad del fusible al cerrar el in-terruptor?

El primer paso será el dedeterminar el valor de la co-rriente que circulará por elcircuito cuando se cierre elinterruptor.

Usaremos la ecuación:

VI = _____

R

entonces:

V 200VI = _______ = ________ = 5A

R 40Ω

Teniendo como resultadoque si la corriente es sola-mente de 5A, la capacidaddel fusible no será sobrepa-sada y éste no se quemará;pero, pensemos qué pasarási se usa una resistencia de10Ω en el circuito.

Hagamos el mismo cálculousando la misma ecuación:

V 200VI = ____ = _____ = 20A

R 10Ω

La corriente de 20 ampereresultante excederá la ca-pacidad del fusible, que essolamente de 6 ampere, yéste se fundirá al cerrar el in-terruptor (figura 19).

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA

Si queremos calcular el valor de laresistencia necesaria para produciruna cierta cantidad de corriente enun circuito con una tensión dada,usaremos la segunda ecuación de laley de Ohm:

VR = _____

I

En el circuito de la figura 20 fluyeuna corriente de 5 ampere cuando

el reostato se ajusta a la mitad de suvalor.

¿Cuál será el valor de la resistenciadel circuito si la batería es de 30 volt?

V 30VR = _____ = _______ = 6Ω

I 5A

La figura 21 nos muestra que la co-rriente por el circuito es de 10A;¿cuál será en este caso el valor de laresistencia?

Usamos otra vez la misma ecua-ción para resolver el problema.

Resistencia Eléctrica

40

Fig. 16

I

V

R

I

V

R

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

FUSIBLE DE 6A

I

R40Ω

V200V

NO HAY CORRIENTE

FUSIBLE QUEMADO

R10Ω

V200V

Fig. 20

Fig. 21

I = 5A

R = ?Ω

V = 30V

I = 10A

R = ?

V = 30V

V 30VR = ___ = ______ = 3Ω

I 10A

Entonces queda expuesto que,para duplicar el valor de la corriente,debe disminuirse la resistencia a lamitad.

C LCULO DE LA TENSI N:

La tensión de un circuito puedecalcularse por la tercera fórmula dela ley de Ohm: V=I R

El foquito del circuito señalado enel diagrama de la figura 22 tiene unaresistencia de 200Ω y al cerrar el inte-rruptor circula por él una corrientede 1 ampere;

¿Cuál será la tensión de la bate-ría?

Aquí la incógnita es la tensión; lue-go, la ecuación a usar será:

V = IR

V = I.R = 1A x 200Ω = 200V

Después de estar encendido du-rante algunas horas, por el circuitodel foco solamente circulan 0,5 am-pere. La batería se agotó, ¿cuál serála tensión que ahora entrega el cir-cuito? (figura 23).

V = I R = 0,5A . 200Ω = 100V

La corriente disminuyó a la mitadporque la tensión se redujo a la mi-tad de su valor.

LOS RESISTORES EN LA PR CTICA

En las aplicaciones prácticas pue-de resultar necesario ofrecer unacierta oposición al pasaje de la co-rriente. Eso puede hacerse con finali-dades diversas, como por ejemplo:reducir la intensidad de una corrien-te muy intensa para un fin detemina-do, transformar la energía eléctricaen calor y también reducir la tensiónque se aplique a un elemento de unaparato. En electrónica encontra-mos, entonces, el uso de dispositivoscuya finalidad es justamente ofreceruna oposición al pasaje de una co-rriente, o sea que presentan "resisten-cia eléctrica". Estos dispositivos sedenominan "resistores".

Los resistores son, de todos loscomponentes electrónicos, los máscomunes y aparecen en gran canti-dad en los aparatos. El funciona-miento de los resistores es uno de lostemas de esta lección.

El otro tema se refiere a lo que su-cede con la energía eléctrica en losresistores. El efecto térmico que es-tudiamos anteriormente es el másimportante manifestado por los re-sistores y su tratamiento es funda-mental en los proyectos de apara-tos. la importante ley que rige latransformación de energía eléctricaen calor, en los resistores, es la Leyde Joule, que también se trata eneste capítulo.

Los resistores son bipolos que si-guen la Ley de Ohm, o sea, dispositi-vos en los que dentro de una bandadeterminada de tensiones, la co-rriente es directamente proporcio-nal, lo que significa una resistenciaconstante.

En la figura 24 mostramos los tressímbolos más comunes que se usanen la representación de resistores.

En los diagramas en que se repre-sentan muchos resistores, éstos seidentifican con la letra "R" seguidadel número de orden 1, 2, 3, etc. queindica la posición del componenteen el circuito. Junto con la identifica-ción del resistor puede citarse su va-lor en las unidades que ya conoce-mos, como el ohm y sus múltiplos (ki-lohm y megahom).

En la figura 25 se ven algunos tiposde resistores (cuya construcción setratará en la próxima lección).

En verdad, los conductores pue-den considerarse como resistores devalores muy bajos, ya que no existenconductores perfectos. Solamentecuando necesitamos resistencia porencima de un cierto valor es que ha-cemos uso de componentes especí-ficos. Una resistencia de fracción de

ohm puede obtenerse cortando untrozo de conductor de largo y espe-sor determinados. Para una resisten-cia mayor, digamos 1.000Ω o100.000Ω, necesitamos ya un com-ponente específico pues el cableempleado para eso tendría una lon-giutd prácticamente imposible. Es asíque el material usado en la construc-ción de los resistores depende fun-damentalmente de la resistenciaque deseamos que presente.

La Ley de Joule

La energía eléctrica puede con-vertirse en energía térmica, o sea en

Capítulo 3

41

S

I = 1A

R200ΩV

?

Fig. 22

S

I = O.5A

R200Ω

V?

Fig. 23

Fig. 24

Fig. 25

calor. El efecto térmico de la corrien-te eléctrica, que fue tema de leccio-nes anteriores, mostró al lector quesu utilidad práctica es muy grande,por la cantidad de aparatos que po-demos construir.

Pero, ¿cuál es el origen del efectotérmico?

Cuando una corriente eléctricaencuentra oposición a su pasaje, el"esfuerzo" que tiene que efectuarpara poder pasar se convierte encalor.

Los portadores de carga que for-man la corriente eléctrica "chocan"con los átomos del material conduc-tor y aumentan su agitación y, porconsiguiente, su temperatura (figura26). Podemos sacar en conclusiónque en todo medio que presentauna cierta resistencia al pasaje deuna corriente, siempre hay produc-ción de calor. En un resistor, todo es-fuerzo que se gasta para que pase lacorriente se transforma en calor.

Recuerde—En los resistores, la energía eléc-

trica se convierte en calor (energíatérmica).

Por supuesto que el lector no debeconfundir calor con temperatura. El

calor es una forma deenergía mientras que latemperatura indica elestado de agitación delas partículas de un cuer-po.

Cuando calentamosun cuerpo, aumenta laagitación de sus partícu-las y eso significa que latemperatura sube. Perosi tenemos dos porcionesdiferentes de agua, ve-mos que una necesitamás tiempo que la otrapara calentarse a la mis-ma temperatura. Estosignifica que la cantidadde energía térmica quedebemos entregar auna es mucho mayorque la otra, o sea queprecisa mayor cantidadde calor (figura 27).

Es así que después decalentadas, las dos can-tidades de agua, auncon la misma tempera-tura, representan distin-

tas cantidades de calor.La cantidad de calor que puede

proporcionar una corriente cuandocircula por un resistor, obedece a laLey de Joule que se explica a conti-nuación. La cantidad de energíaque se convierte en calor en cadasegundo en un resistor, se mide enwatt (W). El watt puede usarse tam-bién para medir otros tipos de poten-cia (potencia es la cantidad deenergía por segundo).

Podemos usar el watt para medirla potencia de un motor (potenciamecánica), la potencia de un amplifi-cador (potencia sonora) o la poten-cia de una lámpara eléctrica (po-tencia luminosa) y muchas otras.

En nuestro caso trataremos ahoraexclusivamente la potencia térmica,o sea la cantidad de ener-gía que los resistores con-vierten en calor.

Es importante observarque en los resistores toda laenergía que reciben seconvierte en calor (figura28). La potencia que seconvierte en calor en unresistor depende tanto dela tensión en sus extremos,como de la corriente circu-

lante. Llamando P a la potencia, I ala intensidad de la corriente y V a latensión entre sus extremos, podemosescribir la expresión matemática dela Ley de Joule:

P = V x I

Eso queire decir que, para calcularla potencia que se convierte en ca-lor en un resitor, debemos multiplicarla corriente por la tensión en el resis-tor y el resultado se obtendrá en watt(si la corriente estuviera dada en am-pere y la tensión en volt, ¡claro!).

Ejemplo: en un resistor conectadoa una fuente de energía de 10V, cir-cula una corriente de 2A.

¿Cuál es la potencia convertidaen calor?

I = 2AV = 10VPor lo tanto:

P = I x VP = 2 x 10P = 20 watt

El resistor convierte en calor unapotencia de 20 watt.

Ahora, como la circulación de lacorriente en un resistor está regidapor la Ley de Ohm, podemos calcu-lar también la potencia en funciónde la resistencia. Partiendo de la re-lación R = V/I podemos llegar a dosnuevas expresiones de la Ley de Jou-le.

P = V2 /RP = R x I2

La primera se usará cuando que-ramos calcular la potencia en fun-ción de la tensión y la resistencia, encambio, la segunda, cuando quera-mos calcular la potencia a partir dela resistencia y la corriente.

Resistencia Eléctrica

42

Fig. 27

Fig. 28

Fig. 26

UN POCO DE TERMODIN MICA

El calor generado en los circuitoselectrónico, en vista de la Ley deJoule, no puede quedar en los circui-tos. Es importante saber cómo pue-de "disiparse" el calor o sea cómopuede transferirse al medio ambien-te para asegurar la estabilidad térmi-ca del conjunto, para evitar que latemperatura se eleve por encima delos límites que pueden soportar laspiezas. Las maneras por las que sepropaga el calor deben formar par-te, entonces, de nuestro curso, por laimportancia que tienen en este ca-so. Hay tres formas de propagacióndel calor:

1. Conducci n: esta forma se pare-ce mucho a la electricidad. Del mis-mo modo que los portadores pue-den "saltar" de átomo en átomo, elcalor producido por la agitación delas partículas puede transmitirse deátomo a átomo de un cuerpo (figu-ra 29).

Como ocurre con la electricidad,también hay buenos y malos con-ductores de calor.

Los metales son buenos conducto-res de calor. Si se toma un cuchillo

por el mango y se calienta la puntaal fuego, en poco tiempo, por con-ducción, el mango también estarácaliente.

2. Radiaci n: todos los cuerposque estén por encima del cero abso-luto (-27 3°C) tienen sus partículas enestado de vibración continua. Esa vi-bración hace que los electrones sal-ten a niveles diferentes de energía yen esos saltos, emiten radiaciónelectromagnética (figura 30).

Si la temperatura del cuerpo fuerainferior a 1.500°K, la mayoría de lossaltos de los electrones se producenentre niveles tales que la emisión deradiación se efectúa en el espectroinfrarrojo (entre 8.000Å y 40.000Å)

No podemos ver esta radiación,pero la sentimos cuando acercamosla mano a una plancha caliente (fi-gura 31). El hecho es que esta radia-ción significa que el "calor" está sien-do irradiado al espacio en forma deondas que se propagan ¡a 300.000kilómetros por segundo!

Los cuerpos pintados de negro irra-dian mejor el calor que los claros.

3. Convecci n: finalmente tene-mos la irradicación de calor por con-

vección, que ocurre porque el aguay el aire calentados son más livianosque el agua o el aire fríos.

Los globos llenos de aire calienteascienden por esta razón. Cuandoel aire toca un cuerpo caliente, secalienta, se hace más liviano y as-cendiendo forma corrientes de con-vección que pueden "llevar" el calorlejos.

UNIDADES DE POTENCIA, ENERGŒA Y CALOR

No debemos confundir de maneraalguna, las tres magnitudes que he-mos citado en esta lección: poten-cia, energ a y calor.

La potencia es el centro de nues-tra atención pero debemos empezarpor la energía.

Decimos que un resorte contieneenergía porque puede realizar untrabajo, o sea, puede mover algunacosa, puede accionar algo, o ejer-cer una fuerza durante un ciertotiempo (figura 32).

Un cuerpo cargado, que puedaproducir una corriente eléctrica,también posee energía que puedeusarse para establecer una corrienteen un conductor o en un resistor.

En los dos casos, la energía dispo-nible se mide en joule (J).

El efecto que pueda tener la ener-gía, depende de la cantidad que segaste en un segundo. Un resistor pue-de "gastar" energía más o menos rá-pidamente, precisará más o menosenergía en cada segundo. Esa "velo-cidad" con que la energía se gasta,es la potencia. Un motor de mayorpotencia "consume" más combusti-ble (o más rápidamente) que un mo-tor de menor potencia. Esa potenciase mide en watt (W).

Capítulo 3

43

Fig. 29

Fig. 30

Fig. 31

INTRODUCCI N

Un semiconductor es un material(generalmente silicio o germanio)cuyas características de conducióneléctrica han sido modificadas. Paraesto, como sabemos, ha sido combi-nado, sin formar un compuesto quí-mico, con otros elementos.

A este proceso de combinación sele llama dopado. Por medio de éste,se consiguen básicamente dos tiposde materiales: tipo N, en los que se

registra un exceso relativo de elec-trones dentro del material, y tipo P,en los que se presenta un déficit deelectrones (figura 1). Los dispositivoselectrónicos se forman con diferen-

tes combinaciones de materiales ti-po P y N, y las características eléctri-cas de cada uno de ellos están de-terminadas por la intensidad del do-pado de las secciones de los semi-

1 watt = 1 joule por segundo

Por otra parte, para in-dicar la energía que segasta en el calenta-miento de los cuerpos,existe una unidad pro-pia que es la caloría(cal), (figura 33).

1 caloría = 4,18 joul, o:1 joule = 0,24 cal

Hay una fórmula quepermite establecer elcalentamiento de uncuerpo (si no hay cam-bio de estado, esto es,fusión o ebullición) enfunción de su capaci-dad térmica:

Q = c x m x ∆t

Donde:c es el calor específico del cuerpo

Q es la cantidad de calor en calo-rías

m es la masa del cuerpo en gra-mos

˘ t es la variación de temperaturaque ocurre

El calor que puede transferirse deun cuerpo a otro por conducci n, ra-diaci n o convecci n.

CALOR ESPECŒFICO DE LOS MATERIALES

La tabla 4 da el calor específicode diversas sustancias, medido a20°C. Por lo tanto, se trata de la can-tidad de calorías que se necesitanpara elevar en un grado centígradola temperatura de 1 gramo de la sus-tancia que se encontraba a 20°C.

Por último, en la tabla 5 se da laconductividad térmica de algunosmateriales.

Resistencia Eléctrica

44

Tabla 4

Sustancia Calor específico Punto de fusión(X cal/g.°C) (°C)

Acetona 0,52 -94,3Aluminio 0,21 658,7Benceno 0,407 5,5Bronce 0,0917 900Cobre 0,094 1.083Alcohol etílico 0,58 -114Glicerina 0,58 -20Oro 0,032 1.063Agua 1 0Hierro 0,119 1.530Plomo 0,03 327Mercurio 0,033 -38,9Níquel 0,11 1.452Plata 0,056 960

Tabla 5

Sustancia Conductividad térmica(kcal/m . h . °C)

Aluminio 180Hierro 54Cobre 335Oro 269Mercurio 25Plata 360Acero 39Amianto 0,135Concreto 0,1 a 0,3Baquelita 0,25Vidrio 0,64Granito 1,89Hielo 1,9Papel 0,12

Fig. 32

Fig. 33

Diodos Semiconductores

Fig. 1

Capítulo 3

45

conductores, así como por el tama-ño y organización física de los mate-riales. Gracias a esto es posible fabri-car, por ejemplo, un transistor paracorrientes pequeñas y otro para co-rrientes elevadas, aunque la formabásica de los dos sea la misma.

Diodos semiconductores

Los diodos realizan una gran varie-dad de funciones; entre ellas, la rec-tificación de señales de corriente al-terna en fuentes de poder y en ra-dios de AM, reguladores de voltaje,formadores de onda, duplicadoresde voltaje, selectores de frecuencia,detectores de FM, disparadores, in-dicadores luminosos, detectores dehaz, generadores láser, etc. Las apli-caciones de los diodos son muchasy muy variadas; de ahí la importan-cia de conocerlos más a fondo.

Los diodos semiconductores sondispositivos conformados por dossecciones de material semiconduc-tor, una tipo P y la otra tipo N. Sunombre proviene de la contracciónde las palabras dos electrones , eninglés. En la actualidad, la palabradiodo se utiliza de manera más

amplia para definir a muchosdispositivos semiconductoresque únicamente tienen dosterminales de conexión; esto,a pesar de que su formacióninterna sea de más de dossecciones de material semi-conductor. A la sección P deun diodo se le conoce con elnombre de nodo , y a lasección N con el de c to-do .

En un diodo, su sección Ntiene impurezas que le permi-ten tener un exceso de elec-trones libres en su estructura;así, dicha sección se hace decierta forma negativa. Y co-mo en su sección P las impu-rezas provocan un déficit deelectrones libres, la misma setorna positiva. Cuando nohay una tensión aplicada enlas secciones del diodo, sedesarrolla un fenómeno inte-resante en la unión P-N: loselectrones libres de la sec-ción N se recombinan (seunen) con los huecos cerca-nos a la unión de la sección

P. A esta recombinación en la unióndel diodo, se le denomina dipolo .La formación de dipolos en la zonade unión, hace que en esa parte seregistre un déficit de portadores; poreso se le llama zona de deplexi n(figura 2).

Cada dipolo tiene un campoeléctrico entre los iones positivo ynegativo. Los electrones son repeli-dos por este campo, cuando tratande cruzar la zona de deplexión pararecombinarse con huecos más ale-jados del otro lado. Con cada re-combinación aumenta el campoeléctrico, hasta que se logra el equi-librio; es decir, se detiene el paso deelectrones del semiconductor tipo Nhacia el tipo P. El campo eléctricoformado por los iones, se denominabarrera de potencial ; para los dio-

dos de germanio, es de 0,2 volt; pa-ra los diodos de silicio, es de 0,7 volt.

Si se conecta una fuente de po-tencial eléctrico (por ejemplo, unapila o batería) a las terminales deldiodo, de forma que el polo positivode la fuente coincida con la sec-ción P del diodo y el polo negativocon la sección N, se dice que el dio-do está en polarización directa. Pe-

ro cuando el polo positivo se conec-ta a la sección N del diodo y el polonegativo a la sección P, entonces eldiodo está polarizado de manera in-versa.

Cuando el diodo se encuentra enpolarización directa, los electroneslibres de la sección N y los huecosde la sección P son repelidos haciala unión P-N debido al voltaje apli-cado por la fuente externa. Si el vol-taje de polarización es más grandeque el valor de la barrera de poten-cial, entonces un electrón de la sec-ción N cruzará a través de la uniónpara recombinarse con un huecoen la sección P. El desplazamientode los electrones hacia la unión, ge-nera iones positivos dentro de lasección N, los cuales atraen a loselectrones del conductor externohacia el interior del cristal. Una vezdentro, los electrones pueden des-plazarse también hacia la unión pa-ra recombinarse con los huecos dela sección P, mismos que se convier-ten en electrones de valencia y sonatraídos por el polo positivo del con-ductor externo; entonces salen delcristal (semiconductor P), y de ahí sedirigen hacia la batería (figura 3).

El hecho de que un electrón devalencia en la sección P se muevahacia el extremo izquierdo, es equi-valente a que un hueco se despla-ce hacia la unión. Este proceso deflujo de corriente en el diodo semantiene, en tanto exista la polari-zación directa con el valor de volta-je mayor a la barrera de potencial.

Si el diodo está polarizado de ma-nera inversa, los huecos de la sec-ción P son atraídos hacia el polo ne-gativo de la batería y los electronesde la sección N son atraídos haciael polo positivo. Puesto que huecosy electrones se alejan de la unión, lazona de deplexión crece de acuer-do con el valor del voltaje inversoaplicado a las terminales del diodo.Por tanto, la zona de deplexión dejade aumentar cuando tiene una di-ferencia de potencial igual al valorde la tensión inversa aplicada. Conla zona de deplexión aumentada,no circula entonces corriente eléc-trica; la razón es que el dispositivo,en cierta forma, aumentó al máxi-mo su resistencia eléctrica interna(figura 4).

Aunque de manera práctica con-

Fig. 2

Fig. 3

sideremos que no hay flujo de co-rriente eléctrica a través del diodoen polarización inversa, realmente síse genera un pequeño flujo de co-rriente eléctrica inversa. El calor delambiente, hace que de manera es-pontánea se generen pares hueco-electr n suficientes para mantenerun diminuto flujo de corriente eléctri-ca. A la corriente eléctrica inversatambién se le conoce como co-rriente de portadores minoritarios .Hay otra corriente que se genera demanera paralela a la corriente inver-sa, y es la eléctrica superficial de fu-gas; ésta es producida por impure-zas en la superficie del cristal e im-perfecciones en su estructura inter-na.

Los diodos tienen un valor de vol-taje inverso máximo, que puede seraplicado en sus terminales sin serdestruido. Este valor depende de laconstrucción interna del diodo. Paracada diodo, el fabricante especificael valor de tensión inversa.

Para efectos prácticos, se conside-ra al diodo como si fuera perfecto;es decir, en polarización directa por-que así no presenta resistencia eléc-trica (permite el paso libre de la co-rriente); en polarización inversa tieneuna resistencia infinita, y por eso nopermite el paso de la corriente eléc-trica. En la práctica se utilizan las dosformas de polarizar al diodo y se apli-can tensiones y corrientes diversas,de manera que el diodo funcionedentro de diferentes puntos de ope-ración, según sea la función que deél se desea.

Si a un diodo en polarización inver-sa se le aumenta continuamente elvalor del voltaje aplicado, se llegaráal punto de ruptura; entonces el dio-do conducirá de manera repentinay descontrolada la corriente eléctri-

ca. En polarización inversahay una diminuta corrientede fuga; pero cuando elvalor de la tensión inversaaumenta, los electrones dela corriente de fuga incre-mentan su energía; y cuan-do los electrones adquierenenergía suficientementegrande, chocan contra losátomos del material y así seliberan los electrones de és-tos, que a su vez se suman ala corriente eléctrica de fu-

ga. Este proceso se sucede en cade-na; de modo que si un electrón libe-ra a dos, éstos liberarán a otros dos yasí sucesivamente; por eso es que lacorriente crece muy rápido.

Mediante una gráfica se puede re-presentar el comportamiento deldiodo en términos de corriente y ten-si n. El fabricante de semiconducto-res proporciona una curva caracte-rística para cada tipo de diodo; enella se representan las variacionesde corriente, dependientes de latensión aplicada en sentido directoe inverso.

En la figura 5, se muestra la gráficarepresentativa de un diodo semicon-ductor.

El eje horizontal representa la ten-sión aplicada al diodo (hacia la iz-quierda se indica la tensión en pola-rización inversa, y hacia la derechael voltaje en polarización directa); eleje vertical, representa la corrienteque circula a través del diodo (haciaarriba indica corriente en sentido di-recto, y hacia abajo corriente ensentido inverso). La gráfica se divideen dos partes: la zona de polariza-ción directa y la de polarización in-versa.

En la zona de polarizaci n directa,se observa que no hay conducci n atrav s del diodo antes de que se al-cance la tensi n de umbral de la ba-rrera de potencial. Una vez que el vol-taje es mayor que este valor, la con-ducci n de la corriente aumenta a pe-que as variaciones de voltaje.

En la zona de polarizaci n inversa,el diodo se mantiene sin conducirhasta que se llega a la tensi n de rup-tura en donde la corriente en sentidoinverso a trav s de l, se hace muygrande.

DIODOS RECTIFICADORES

Un diodo rectificador es uno de losdispositivos de la familia de los dio-dos más sencillos. El nombre diodorectificador” procede de su aplica-ción, la cual consiste en separar losciclos positivos de una señal de co-rriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensiónde corriente alterna durante los me-dios ciclos positivos, se polariza enforma directa; de esta manera, per-mite el paso de la corriente eléctri-ca. Pero durante los medios ciclosnegativos, el diodo se polariza demanera inversa; con ello, evita el pa-so de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los dio-dos rectificadores, se consideran tresfactores: la frecuencia máxima enque realizan correctamente su fun-ción, la corriente máxima en quepueden conducir en sentido directoy las tensiones directa e inversa má-ximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicasde los diodos rectificadores, es en lasfuentes de alimentación; aquí, con-vierten una señal de corriente alter-na en otra de corriente directa ( loestudiaremos en el capítulo 5).

Existen diodos denominados ME-GAHERTZ que son un conjunto derectificadores ultrarrápidos, diseña-dos para proveer gran eficiencia enla conmutación de señales de muyalta frecuencia en fuentes de poder;no obstante, también se utilizan co-mo correctores de factor en circuitosde potencia.

Los SCANSWITCH, son rectificado-res ultrarrápidos que ofrecen altorendimiento cuando son utilizadosen monitores de muy alta resolucióny en estaciones de trabajo en dondese requiere de un tiempo de recupe-ración muy corto y de tensiones depolarización de 1.200 a 1.500V.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido un nuevo tipo dediodos conocidos como SWITCHMO-DE. Se trata de rectificadoresSchottky de potencia, para alta fre-cuencia y baja tensión; estas carac-terísticas se logran gracias a la uniónde silicio y metal. A diferencia de lasuniones clásicas de silicio — silicio,este tipo de diodos pueden conmu-tar en tiempos menores a 10 nanose-gundos y se construyen para rangos

Resistencia Eléctrica

Fig. 4

46

de corriente quevan desde 0,5 a600 amper y contensiones inversasde hasta 200V.

DIODOS Z NER

Un diodo zéneres básicamenteun diodo de unión, pero construidoespecialmente para trabajar en lazona de ruptura de la tensión de po-larización inversa; por eso algunasveces se le conoce con el nombrede diodo de avalancha . Su principalaplicación es como regulador detensión; es decir, como circuito quemantiene la tensión de salida casiconstante, independientemente delas variaciones que se presenten enla línea de entrada o del consumode corriente de las cargas conecta-das en la salida del circuito.

El diodo zéner tiene la propiedadde mantener constante la tensiónaplicada, aun cuando la corrientesufra cambios. Para que el diodo ze-ner pueda realizar esta función, de-be polarizarse de manera inversa.Generalmente, la tensión de polari-zación del diodo es mayor que latensión de ruptura; además, se colo-ca una resistencia limitadora en seriecon él; de no ser así, conduciría demanera descontrolada hasta llegaral punto de su destrucción (figura 6).

En muchas aplicaciones de regu-lación de tensión, el diodo zéner noes el dispositivo que controla de ma-nera directa la tensión de salida deun circuito; sólo sirve de referenciapara un circuito más complejo; esdecir, el zéner mantiene un valor detensión constante en sus terminales.Esta tensión se compara medianteun circuito amplificador a transisto-res o con circuito integrados con unatensión de salida. El resultado de lacomparación permite definir la ac-ción a efectuar: aumentar o disminuirla corriente de salida, a fin de mante-ner constante la tensión de salida. Esimportante hacer notar que los dio-dos zéner se construyen especial-mente para que controlen sólo unvalor de tensión de salida; por eso esque se compran en términos de latensión de regulación (zéner de 12V x1 ampere, por ejemplo).

DIODOS DE CORRIENTE

CONSTANTE

Estos diodos funcio-nan de manera inversaa los diodos zéner. Envez de mantener cons-tante la tensión en susterminales, estos diodosmantienen constante el consumo decorriente; por eso se les conoce co-mo “diodos reguladores de corrien-te . Son dispositivos que mantienenentonces constante el consumo decorriente, independientemente delas variaciones de tensión.

El diodo 1N5305 es regulador decorriente con un valor de corrientede 2 miliampers y un rango de ten-sión aplicable de 2 a 100V.

DIODOS DE RECUPERACI N

EN ESCAL N

El diodo de recuperación de esca-lón tiene un dopado especial, yaque la densidad de los portadoresdisminuye cuanto más cerca está dela unión de las secciones de semi-conductor. Esta distribución pococomún de portadores, genera un fe-nómeno conocido como desplomeen inversa .

Si se aplica una tensión de corrien-te alterna en las terminales del dispo-sitivo durante los semiciclos positivosde la onda de corriente alterna, eldiodo se comporta igual que un dio-do rectificador común. Pero durantelos semiciclos negativos, la corrienteinversa aparece sólo durante untiempo muy corto, reduciéndose re-pentinamente hasta cero.

La corriente de desplome de undiodo de recuperación de escalón,está plagada de frecuencias armó-nicas; éstas pueden ser filtradas, pa-ra obtener una señal senoidal deuna frecuencia más alta. Esta es larazón por la que los diodos de recu-

peración son ampliamente utilizadoscomo multiplicadores de frecuencia;es decir, para circuitos en donde lafrecuencia de salida es un múltiplo dela frecuencia de entrada (figura 7).

DIODOS INVERTIDOS

Los diodos zéner tienen tensionesde ruptura superiores a los 1,8V. Si seincrementa el nivel de dopado deldiodo se logra que el efecto zéner deregulación ocurra cerca de los 0V. Laconducción en polarización directase logra a partir de los 0,7V; pero laconducción inversa (punto de ruptu-ra) se inicia a partir de los –0,1volts. Alos diodos que tienen esta caracterís-tica se les conoce con el nombre dediodos invertidos , ya que condu-

cen mejor en polarización inversa queen polarización directa. Se los usa pa-ra amplificar señales débiles cuyasamplitudes pico a pico se encuentranentre 0,1 y 0,7V.

DIODOS T NEL

Si durante su construcción a undiodo invertido se le aumenta el ni-vel de dopado, se puede lograr quesu punto de ruptura ocurra muy cer-ca de los 0V. Los diodos construidosde esta manera, se conocen comodiodos t nel . Estos dispositivos pre-

sentan una característica de resis-tencia negativa; esto es, si aumentala tensión aplicada en los terminalesdel dispositivo, se produce una dismi-nución de la corriente (por lo menosen una buena parte de la curva ca-

Capítulo 3

47

Fig. 6

Fig. 7

racterística del diodo). Este fenóme-no de resistencia negativa es útil pa-ra aplicaciones en circuitos de altafrecuencia como los osciladores, loscuales pueden generar una señal se-noidal a partir de la energía que en-trega la fuente de alimentación.

DIODO VARICAP

Es un dispositivo semiconductorque puede controlar su valor de ca-pacidad en términos de la tensiónaplicada en polarización inversa. Es-to es, cuando el diodo se polariza in-versamente no circula corrienteeléctrica a través de la unión; la zo-na de deplexi n actúa como el die-léctrico de un capacitor y las seccio-nes de semiconductor P y N del dio-do hacen las veces de las placas deun capacitor. La capacidad que al-canza el capacitor que se forma, esdel orden de los pico o nanofara-dios. Cuando varía la tensión de po-larización inversa aplicada al diodo,aumenta o disminuye de igual formala zona de deplexión. En un diodo,esto equivale a acercar o alejar lasplacas de un capacitor (ampliare-mos en el capítulo 4).

Los diodos varicap se controlanmediante la tensión que se les apli-ca; por lo que el cambio de capaci-dad se puede hacer mediante otrocircuito de control, ya sea digital oanalógico. Las aplicaciones de losvaricap son la mayoría de las vecesen circuitos resonantes, los cualespermiten seleccionar una señal deuna frecuencia específica, de entremuchas señales de diferentes valores(vea en la figura 8 los símbolos de al-gunos diodos semiconductores).

DIODOS VARISTORES

Los relámpagos que se producendurante una tormenta eléctrica, losmotores eléctricos y los fallos comu-nes en la red de alimentación co-mercial, inducen picos de alta ten-

sión o varia-ciones en laforma deonda, en elvoltaje de lí-nea que lle-ga a las ca-sas. A talespicos y va-riaciones, seles conoce con el nombre de tran-sitorios .

La continua presencia de transito-rios en la red, poco a poco causa ladestrucción de los circuitos que con-tienen los aparatos electrónicos; poreso es que para prolongar la vida deéstos, es necesario adecuar ciertasprotecciones.

Uno de los dispositivos empleadospara estabilizar la línea, es el varistor;también es conocido como supre-sor de transitorios . Este dispositivoequivale a dos diodos zéner conec-tados en paralelo, pero con sus pola-ridades invertidas y con un valor detensión de ruptura muy alto.

Los varistores son construidos paradiferentes valores de tensión de rup-tura; por ejemplo, un varistor con unvoltaje de ruptura de 320V conecta-do a la línea comercial de 220V, semantendrá como un dispositivoinactivo hasta que en sus extremosse presente un transitorio con un vol-taje igual o superior a los 320V; en-tonces el dispositivo, disparándose,conduce (su resistencia interna sehace casi cero) y reduce el efectodañino del transitorio en el circuito.En suma, el varistor como dispositivode protección recorta a todos lostransitorios que se presenten en la lí-nea; con ello, se evitan daños a loscircuitos posteriores.

DIODOS EMISORES DE LUZ

Cuando un diodo semiconductorse polariza de manera directa, loselectrones pasan de la sección N delmismo, atraviesan la unión y salen a

la sección P. En la unión se efectúa larecombinación, en donde los elec-trones se unen a los huecos. Al unirse,se libera energía mediante la emi-sión de un fotón (energía electro-magnética). Esta emisión de ener-gía, que en un diodo normal es pe-queña, puede aumentar mediantela utilización de materiales como elgalio, el arsénico y el fósforo en lugardel silicio o el germanio. Así, los dio-dos diseñados especialmente paraemitir luz son conocidos como LED.

El color de la luz emitida dependedel intervalo de energía del material;por ejemplo, el fosfato de galio arse-nídico (GaAsP) emite luz de color ro-jo y el fosfato de galio (GaP) emiteluz de color verde. Los LED puedenemitir radiaciones desde el infrarrojohasta la luz visible. Es importante re-saltar que los LED se polarizan de ma-nera directa y soportan una tensiónmáxima al cual emiten la mayor ra-diación. Si se sobrepasa este valor, elLED puede dañarse.

Las aplicaciones de los LED sonmuchas; entre ellas, las siguientes: in-dicadores luminosos, displays alfanu-méricos, transmisores para fibras óp-ticas, optoacopladores, en controlremoto de videos, televisores o co-nexión de computadoras.

En el mercado de semiconducto-res han aparecido versiones máscomplejas de LED; por ejemplo, elLED bicolor es un dispositivo de tresterminales dentro del cual se han in-cluido dos diodos en colores diferen-tes. Otro modelo de LED, es el tipoFlasher; al ser polarizado, enciendede manera intermitente. ************

Resistencia Eléctrica

Fig. 8