INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA LAGUNA

INGENIERIA EN MECATRONICA

ELECTRONICA ANALOGICA

TIPOS DE DIODOS

BERNARDO FONSECA DE LA CRUZ

Tipos de diodos

El diodo rectificador

El diodo rectificador es uno de los mecanismos de la familia de los diodos ms sencillos. El nombre diodo rectificador deriva de su aplicacin, la cual reside en separar los ciclos positivos de una seal de corriente alterna.

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Caracterizacin y construccin

Si se aplica al diodo una tensin de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente elctrica. Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido. Durante la fabricacin de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia mxima en que realizan correctamente su funcin, la corriente mxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa mximas que soportarn.Su construccin est basada en la unin PN siendo su principal aplicacin como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadastemperaturas(hasta 200C en la unin), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensin inversa muy pequea. El diodoms antiguo y utilizado es el diodo rectificador que conduce en un sentido, pero se opone a la circulacin de corriente en el sentido opuesto.Funcionamiento El diodo es un componente electrnico que permite el paso de lacorriente en un slo sentido. Cuando un diodo tiene polarizacindirecta, es decir cuando el positivo de la fuente de alimentacin vaconectado al nodo y el negativo al ctodo, permite la circulacinde la corriente elctrica. Si se aplica al diodo una polaridadinversa, es decir el positivo de la fuente al ctodo y el negativo alnodo, no permite la circulacin de la corriente elctrica.La polaridad del diodo viene sealada en el cuerpo de ste pormedio de una banda, la cual nos indica el extremocorrespondiente al ctodo.

Aplicaciones

Una de las aplicaciones clsicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentacin; aqu, convierten una seal de corriente alterna en otra de corriente directa. Los diodos rectificadores se usan principalmente en: circuitos rectificadores, circuitos fijadores, circuitos recortadores, diodos volantes

Diodo LED

ElLEDes un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesado por la corriente elctrica, emite luz. Existendiodos LEDde varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar, infrarrojo, entre otros.

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caractersticas

Formas de determinar la polaridad de un LED de insercinExisten tres formas principales de conocer la polaridad de un LED: La pata ms larga siempre va a ser elnodo. En el lado delctodo, la base del LED tiene un borde plano. Dentro del LED, la plaqueta indica elnodo. Se puede reconocer porque es ms pequea que el yunque, que indica elctodo.

Funcionamiento Cuando un LED se encuentra en polarizacin directa, los electrones pueden recombinarse con loshuecosen el dispositivo, liberando energa en forma defotones. Este efecto es llamadoelectroluminiscenciay elcolorde la luz (correspondiente a la energa del fotn) se determina a partir de la banda de energa del semiconductor. Por lo general, el rea de un LED es muy pequea (menor a 1mm2), y se pueden usar componentes pticos integrados para formar su patrn de radiacin. Comienza a lucir con una tensin de unos 2 Voltios.

Aplicaciones

Los LEDS en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90% a todas las tecnologas de iluminacin actuales, casas, oficinas, industrias, edificios, restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales, gasolineras, calles y avenidas, estadios (en algunos casos por las dimensiones del estadio no es posible porque quedaran espacios oscuros), conciertos, discotecas, casinos, hoteles, carreteras, luces de trfico o de semforos, sealizaciones viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos, sistemas hbridos, celulares, pantallas de casa o domsticas, monitores, cmaras de vigilancia, supermercados, en transportes (bicicletas, motocicletas, automviles, camiones triler, etc.), en linternas de mano, para crear pantallas electrnicas de led (tanto informativas como publicitarias) y para cuestiones arquitectnicas especiales o de arte culturales. Todas estas aplicaciones se dan gracias a su diseo compacto.

Fotodiodo Unfotodiodoes unsemiconductorconstruido con unaunin PN, sensible a la incidencia de laluz visibleoinfrarroja. 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 comoclulas fotovoltaicas, es decir, iluminados en ausencia una fuente exterior de energa generan una corriente muy pequea con el positivo en elnodoy el negativo en elctodo.

Smbolo

caractersticas

Los fotodiodos son ms rpidos que las fotorresistencias, es decir, tienen un tiempo de respuesta ms pequeo, sin embargo solo pueden conducir en una polarizacin directa corrientes relativamente pequeas.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 o para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 m ); o de cualquier otro material semiconductor.

Funcionamiento Un fotodiodo es unaunin PNo estructura P-I-N. Cuando un haz de luz de suficiente energa incide en el 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. En ausencia de luz la corriente presente es muy pequea y recibe el nombre decorriente de oscuridad.Fotodiodos de avalanchaTienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados ser multiplicados en la zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la respuesta del dispositivo.

Aplicaciones

A diferencia delLDR, 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 reflejada en el mismo en impulsos elctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados. Usados en fibra ptica

Diodo Zener

Eldiodo Zeneres undiododecromo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. El diodo Zener es la parte esencial de losreguladores de tensincasi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de laresistenciade carga ytemperatura.

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caractersticas

Si a un diodo Zener se le aplica unacorriente elctricadelnodoalctodo(polarizacin directa) toma las caractersticas de undiodo rectificador bsico(la mayora de casos), pero si se le suministracorriente elctricadectodoanodo(polarizacin inversa), el diodo solo dejara pasar una tensin constante. No acta como rectificador sino como un estabilizador de tensinEn conclusin: el diodo Zener debe ser polarizado al revs para que adopte su caracterstica de regulador de tensin.Este diodo se comporta como un diodo convencional en condiciones de alta corriente porque cuando recibe demasiada corriente se quema.

Funcionamiento

El diodo zener esta ideado para trabajar con polarizacin inversa, careciendo deinterssu funcionamiento en polarizacin directa, que es igual al de cualquier diodo semiconductor. Cuando el zener est polarizado inversamente con pequeosvaloresde tensin se alcanza la corriente inversa de saturacin prcticamente estable y de magnitudes despreciables a efectos prcticos.

Aplicaciones Una de las aplicaciones ms usuales de los diodos zener es su utilizacin como reguladores de tensin.Diodo schottky

Es un dispositivosemiconductorque proporciona conmutaciones muy rpidas entre los estados de conduccin directa e inversa (menos de 1nsen dispositivos pequeos de 5 mm de dimetro) y muy bajas tensiones umbral (tambin conocidas como tensiones de codo, aunque en ingls se refieren a ella como "knee", es decir, rodilla). Smobolo

caractersticas

La alta velocidad de conmutacin permite rectificar seales de muy alta frecuencia y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.A diferencia de los diodos convencionales desilicio, que tienen una tensin umbral valor de la tensin en directa a partir de la cual el diodo conduce de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensin umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V emplendose, por ejemplo, como proteccin de descarga de clulas solares con bateras de plomo cido.La limitacin ms evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite su operacin con un reducido gasto de energa.

Funcionamiento A frecuencias bajas undiodonormal puede conmutar fcilmente cuando la polarizacin cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la frecuencia el tiempo de conmutacin puede llegar a ser muy alto, poniendo en peligro el dispositivo.El diodo Schottky est constituido por una unin metal-semiconductor (barrera Schottky), en lugar de la unin convencionalsemiconductor P-semiconductor Nutilizada por los diodos normales.As se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor est dopado con impurezastipo N, solamente los portadorestipo N(electrones mviles) desempearn un papel significativo en la operacin del diodo y no se realizar la recombinacin aleatoria y lenta de portadorestipo NyPque tiene lugar en los diodos rectificadores normales, con lo que la operacin del dispositivo ser mucho ms rpida.

Aplicaciones

En fuentes de baja tensin en la cuales las cadas en los rectificadores sonsignificativas.Circuitos de alta velocidad paracomputadoras donde se necesitengrandes velocidades de conmutacin.

Diodo varicap

Eldiodo Varicapconocido comodiodo de capacidad variableovaractor, es un diodo que aprovecha determinadas tcnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensin aplicada, como un capacitor (o condensador) variable. Polarizado en inversa, este dispositivo electrnico presenta caractersticas que son de suma utilidad en circuitos sintonizados (L-C), donde son necesarios los cambios de capacidad.

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caractersticas

Su modo de operacin depende de la capacitancia que existe en la unin P-N cuando el elemento est polarizado inversamente. En condiciones de polarizacin inversa, se estableci que hay una regin sin carga en cualquiera de los lados de la unin que en conjunto forman la regin de agotamiento y definen su ancho.

Funcionamiento Eldiodode capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenmeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unin PN vare en funcin de latensininversa 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 condensado 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.Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, adems de las zonas constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de muy bajo valor hmico, lo que conforma un condensador de elevadas prdidas. Sin embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia paralelo que aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como un condensador con muy bajas prdidas. Si aumentamos la tensin de polarizacin inversa las capas de carga del diodo se espacian lo suficiente para que el efecto se asemeje a una disminucin de la capacidad del hipottico condensador (similar al efecto producido al distanciar las placas de un condensador estndar).

Aplicaciones La utilizacin ms solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecnicos de condensador variable en etapas de sintona en todo tipo de equipos de emisin y recepcin.Ejemplo, cuando se acta en la sintona de un viejo receptor de radio se est variando (mecnicamente) el eje del condensador variable que incorpora ste en su etapa de sintona; pero si, por el contrario, se acta sobre la ruedecilla o, ms comnmente, sobre el botn (pulsador) de sintona del receptor de TV a color lo que se est haciendo es variar la tensin de polarizacin inversa de un diodo varicap contenido en el mdulo sintonizador del equipo.

Diodo lser Undiodo lser(DL) es un dispositivosemiconductorsimilar a unLED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz lser.

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caractersticas

Los diodos lser son ms recomendables como fuentes pticas para sistemas de comunicacin con grandes separaciones entre repetidores y altas velocidades de transmisin. Se puede lograr distancias de 100Km sin repetidores con velocidades de 1 GHz.

Funcionamiento

Cuando un diodo convencional o LED sepolariza en directa, loshuecosde la zona p se mueven hacia la zona n y los electronesde la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos estn en la misma regin, pueden recombinarsecayendoel electrn al hueco y emitiendo unfotocon la energa correspondiente a la banda prohibida.Esta emisin espontnea se produce normalmente en los diodos semiconductores, pero slo es visible en algunos de ellos (como los LEDs), que tienen una disposicin constructiva especial con el propsito de evitar que la radiacin sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energa de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en otros diodos, la energa se libera principalmente en forma decalor,radiacin infrarrojaoradiacin ultravioleta.En los diodos lser, para favorecer la emisin estimulada y generacin deluzlser, elcristalsemiconductor del diodo puede tener la forma de una lmina delgada con un lado totalmente reflectante y otro slo reflectacte de forma parcial (aunque muy reflectacte tambin), logrndose as una unin PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas yreflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unin PN guardan una estrecha relacin con la longitud de onda a emitir.Este conjunto forma una gua de onda similar a un resonador de tipoFabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la direccin adecuada se reflejarn repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra slo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisin de ms fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulacin de corriente por el diodo).Parte de estos fotones saldrn del diodo lser a travs de la cara parcialmente transparente (la que es slo reflectante de forma parcial). Este proceso da lugar a que el diodo emita luz, que al ser coherente en su mayor parte (debido a la emisin estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo lser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre.

Aplicaciones

Comunicaciones de datos por fibra ptica. Lectores deCD,DVD,Blu-rays,HD DVD, entre otros. Interconexiones pticas entre circuitos integrados. Impresoras lser. Escneres o digitalizadores. Sensores. Tratamiento con lser odontolgico. Depilacin corporal. Pantalla lser Odontologa