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• Rolando Saez rojas

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ESCUELA DE INGENIERÍA E INDUSTRIAS TNS EN GEOLOGÍA – TNS EN PROYECTOS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN – TNS EN FABRICACIÓN Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS METÁLICAS – TNS EN TELECOMUNICACIONES Y CONECTIVIDAD

TRABAJO DE INVESTIGACION

EL DIODO SEMICONDUCTOR Y SUS APLICACIONES

NOMBRES: Álvaro Arias Delgado. Jean Cortes Díaz. Miguel Vicencio Jorge Sáez Rojas. MÓDULO: Tecnología de los Materiales. DOCENTE: Javier Pinto FECHA: 28 de Mayo del 2019.

INDICE

1. Introducción………………………………………………………….. 3 2. Semiconductores……………………………………………………. 4 2.1 Semiconductores Intrínsecos…………………………………. 4-5 2.2 Semiconductores Extrínsecos……………………………….... 5 2.2.1 Semiconductor tipo N…………………………………… 6-7 2.2.2 Semiconductor tipo P…………………………………… 7-8 3. ¿Qué es un Diodo?....................................................................... 8 4. Funcionamiento del Diodo………………………………………… 9-10 5. Tipos de Diodos……………………………………………………... 11 6. Diodo Led……………………………………………………………. 12-23 7. Diodo Rectificador……………………………………………………24-27 8. Diodo Zener…………………………………………………………...27-30 9. Conclusión…………………………………………………………….31 10. Bibliografía…………………………………………………………......32

2

INTRODUCCION

Los semi-conductores ocupan un lugar prominente en el conjunto de los materiales eléctricos .Esto se debe al alto grado de desarrollo que se ha alcanzado en el conocimiento de sus propiedades básicas, así como también en el de sus aplicaciones. Podemos decir que hoy en día los semi-conductores son piezas básicas en toda la tecnología electrónica, la que en los últimos años ha demostrado un crecimiento espectacular, abarcando el campo de los procesadores, la robótica, las comunicaciones etc., Este informe tiene como objetivo, mostrar aspectos básicos de la capacidad que estos últimos tienen para formar parte de los circuitos que controlan el paso de la corriente eléctrica, así como el dar a conocer parte de las variadas formas y aplicaciones que los semiconductores pueden llegar a exhibir en forma de elementos de control tan comunes como lo son los Diodos semiconductores .Para ello, nos hemos centrado en tres de estos elementos semiconductores ,como lo son el diodo LED, el diodo zener y el diodo rectificador.

RESEÑA HISTÓRICA En 1727 Stephen Gray descubrió la diferencia entre conductores y aislantes. Después, en 1821, George Simón Ohm publica las leyes que llevan su nombre y que describen la proporcionalidad entre la corriente y el voltaje que atraviesa un conductor y también que es posible determinar la conductividad eléctrica de cualquier objeto. Fleming patento el primer Diodo Termoiónico en Gran Bretaña el 16 de noviembre de 1904. En 1874 el científico alemán Karl Ferdinand Braun descubrió la naturaleza de conducir por una sola dirección de los cristales semiconductores. En la época

de su invención, estos dispositivos fueron conocidos como

rectificadores. En 1947, nace la industria de semiconductores con la invención del transistor por parte de John bardee, Walter brattain y Williams Shockley.

3

SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS. Son

los

cristales

de silicio o germanio que

estructura tetraédrica similar

a

la

forma

una

del carbono mediante enlaces

covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden

absorber

la

energía

necesaria

para

saltar

a

la banda

de

conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente. El proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer desde el estado energético correspondiente en la banda de conducción a un hueco en la banda de valencia, liberando así energía. Este fenómeno se conoce como "recombinación". A una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece

constante.

Sea

"n"

la

concentración

de

electrones

(cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple entonces que: ni = n = p Donde ni es la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del elemento en cuestión. La densidad o concentración intrínseca de portadores es muy baja. Ejemplos de valores de ni a temperatura ambiente (27 ºC): ni (Si) = 1.5 1010cm-3 ni (Ge) = 2.4 1013cm-3 Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. En los semiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de la corriente eléctrica. Si se somete el cristal a una diferencia de potencial se

4

producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos, originando una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción. Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio.

Semiconductor tipo N

Figura 1

Estructura de bandas de un semiconductor de tipo N. Los círculos negros representan los electrones en la banda de conducción (naranja), mientras que los blancos serían los huecos en la banda de valencia (azul). La imagen muestra que los electrones son los portadores de carga mayoritarios. Un semiconductor

tipo

N se

obtiene

llevando

a

cabo

un

proceso

de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones). Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante, ya que da algunos de sus electrones.

5

El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo considérese el caso del silicio (Si). Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo 15 de la tabla periódica —p. ej., fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb)—, se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. Este electrón extra da como resultado la formación de "electrones libres", el número de electrones en el material supera ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. A causa de que los átomos con cinco electrones de valencia tienen un electrón extra que "dar", son llamados átomos donadores. Nótese que cada electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero. Semiconductor tipo P

Figura 2

Estructura de bandas de un semiconductor de tipo P. Los círculos negros representan los electrones en la banda de conducción (naranja), mientras que los blancos serían los huecos en la banda de valencia (azul). La imagen muestra que los huecos son los portadores de carga mayoritarios. Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).4

6

Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un átomo tetravalente (típicamente del grupo 14 de la tabla periódica) se le une un átomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición de aceptar un electrón libre. Así los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red, un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve equilibrado como una cierta carga positiva. Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los huecos superan ampliamente la excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb), que contienen impurezas de boro(B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se produce de manera natural. ¿Qué es un diodo? El diodo es un componente electrónico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, debido a esto su funcionamiento se parece a un interruptor el cual abre o cierra los circuitos. Este dispositivo está conformado por dos tipos de materiales diferentes los cuales se traducen a dos terminales, un ánodo (+) y un cátodo (-) como se explica en la siguiente figura.

Figura 3

7

¿Cómo funciona un diodo? Al tener dos terminales podemos polarizar de dos formas (directa e inversa) diferentes a los diodos y su funcionamiento depende mucho del tipo de polarización que le ponga. Polarización Directa: El ánodo se conecta al positivo de la fuente de voltaje y el cátodo se conecta al negativo, con esta configuración el diodo actúa como un interruptor cerrado. Una consideración importante dentro de esta configuración es que el diodo provoca una caída de voltaje de

0.6 a 0.7v. Figura 4

Polarización Inversa: El ánodo se conecta al negativo de la fuente de voltaje y el cátodo al positivo, en esta configuración la resistencia del diodo aumenta en grandes cantidades y esto hace que actué como un interruptor abierto.

Figura 5

8

Entre los diodos que existen se encuentran los siguientes: 1. Diodo led. 2. Diodo Zener. 3. Diodo Rectificador. 4. Diodo Metálico-Semiconductor. 5. Diodo Pin. 6. Diodo Schottky. 7. Diodo Túnel. 8. Diodo Laser. 9. Diodo de Control Puntual. 10. Fotodiodos. 11. Varicaps. 12. Diodos de Potencia. A continuación se darán las características de tres de estos Diodos los cuales son los siguientes:

1. Diodo led. 2. Diodo Zener. 3. Diodo Rectificador

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Diodo led (Light-EmittingDiode)

El primer led fue desarrollado en 1927 por Oleg Vladimiro Vich Losev, sin embargo no se usó en la industria hasta los años sesenta. Solo se podían construir de color rojo, verde y amarillo con poca intensidad de luz y limitaba su utilización a mandos a distancia (controles remotos) y electrodomésticos para marcar el encendido y apagado. A finales del siglo XX se inventaron los ledes ultravioletas y azules, lo que dio paso al desarrollo del led blanco, que es un led de luz azul con recubrimiento de fósforo que produce una luz amarilla, la mezcla del azul y el amarillo produce una luz blanquecina denominada "luz de luna" consiguiendo alta luminosidad (7 lúmenes unidad) con lo cual se ha ampliado su utilización en sistemas de iluminación. Funcionamiento físico El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al

pasar

de

la banda

de

conducción a

la

de valencia,

pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa o "direct band gap" con la energía correspondiente a su banda prohibida.

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Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o "indirect band gap") no se produzcan emisiones en forma de fotones. Sin

embargo,

estas

emisiones

son

mucho

más

probables

en

los

semiconductores de banda prohibida directa (como el Nitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el silicio). La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los ledes de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía

se

libera

principalmente

en

forma

de calor, radiación

infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación para

producir

radiación

visible,

mediante

sustancias fluorescentes

o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

Figura 6

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

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Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 volts aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un led corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En general, los ledes suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). El primer led que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962. En corriente

continua (CC),

todos

los

diodos

emiten

cierta

cantidad

de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan; es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía), emitiendo fotones en el proceso. Indudablemente, por ende, su color, dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es

decir,

de

los materiales

empleados.

Los diodos convencionales,

de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los ledes e IRED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales.

Figura

12

Compuestos empleados en la construcción de ledes

Compuesto

Arseniuro de galio (GaAs)

Arseniuro galio y aluminio (AlGaAs)

Long. de onda

Color

de

Infrarrojo

940 nm

Rojo e infrarrojo

890 nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo, anaranjado amarillo

Fosfuro de galio (GaP)

Verde

555 nm

Nitruro de galio (GaN)

Verde

525 nm

Seleniuro de zinc (ZnSe)

Azul

Nitruro de galio e indio (InGaN)

Azul

450 nm

Carburo de silicio (SiC)

Azul

480 nm

Diamante (C)

Ultravioleta

Silicio (Si)

En desarrollo

13

y

630 nm

Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los años noventa por ShujiNakamura, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permitió por combinación de los mismos la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro de Zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más reciente innovación en el ámbito de la tecnología led son los diodos ultravioleta, que se han empleado con éxito en la producción de luz negra para iluminar materiales fluorescentes. Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes (rojo, verde, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales. Los ledes comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los 30 a 60 mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 1 vatio para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor generado por efecto Joule. Hoy en día, se están desarrollando y empezando a comercializar ledes con prestaciones muy superiores a las de hace unos años y con un futuro prometedor en diversos campos, incluso en aplicaciones generales de iluminación. Como ejemplo, se puede destacar que NichiaCorporation ha desarrollado ledes de luz blanca con una eficiencia luminosa de 150 lm/W, utilizando para ello una corriente de polarización directa de 20 (mA). Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz en términos de rendimiento sólo, es aproximadamente 1,7 veces superior a la de la lámpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y aproximadamente 11,5 veces la de una lámpara incandescente (13 lm/W). Su eficiencia es incluso más alta que la de la lámpara de vapor de sodio de alta presión (132 lm/W), que está considerada como una de las fuentes de luz más eficientes.

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El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (ledes orgánicos), fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos inorgánicos, su fabricación promete ser considerablemente más barata que la de aquellos, siendo además posible depositar gran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas en color. El OLED (Organic Light-EmittingDiode): ‘diodo orgánico de emisión de luz’) es un diodo basado en una capa electroluminiscente que está formada por una película de componentes orgánicos, y que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. No se puede hablar realmente de una tecnología OLED, sino más bien de tecnologías basadas en OLED, ya que son varias las que hay, dependiendo del soporte y finalidad a la que vayan destinados. Su aplicación es realmente amplia, mucho más que, en el caso que nos ocupa (su aplicación en el mundo de la informática), cualquier otra tecnología existente. Pero además, las tecnologías basadas en OLED no solo tienen una aplicación puramente como pantallas reproductoras de imagen, sino que su horizonte se amplía al campo de la iluminación, privacidad y otros múltiples usos que se le pueda dar. Las ventajas de esta nueva tecnología son enormes, pero también tiene una serie de inconvenientes, aunque la mayoría de estos son totalmente circunstanciales, y desaparecerán en unos casos conforme se siga investigando en este campo y en otros conforme vaya aumentando su uso y producción. Una solución tecnológica que pretende aprovechar las ventajas de la eficiencia alta de los ledes típicos (hechos con materiales inorgánicos principalmente) y los costes menores de los OLED (derivados del uso de materiales orgánicos) son los Sistemas de Iluminación Híbridos (Orgánicos/Inorgánicos)

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Basados en diodos emisores de luz. Dos ejemplos de este tipo de solución tecnológica los está intentado comercializar la empresa Cyberlux con los nombres de Hybrid White Light (HWL) (Luz Blanca Híbrida) y HybridMulti-color Light (HML) (Luz Multicolor Híbrida), cuyo resultado, puede producir sistemas de iluminación mucho más eficientes y con un coste menor que los actuales.

Aplicaciones

Figura 7 Pantalla de led’s.

Figura 8 Ledes aplicados en focos de autos.

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DIODOS INFRARROJOS Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc., y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores, además de ser utilizados para transmitir datos entre dispositivos electrónicos como en redes de computadoras y dispositivos como teléfonos móviles, computadoras de mano, aunque esta tecnología de transmisión de datos ha dado paso al bluetooth en los últimos años, quedando casi obsoleta. Los ledes se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de

señalización

(de tránsito,

de

emergencia, etc.) y en paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan). También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras con ledes. El uso de ledes en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus prestaciones son superiores a las de la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminación con ledes presenta indudables ventajas: fiabilidad, mayor eficiencia energética, mayor resistencia a las vibraciones, mejor visión ante diversas circunstancias de iluminación, menor disipación de energía, menor riesgo para el medio ambiente, capacidad para operar de forma intermitente de modo continuo, respuesta rápida, etc. Asimismo, con ledes se pueden producir luces de diferentes colores con un rendimiento luminoso elevado, a diferencia de muchas de las lámparas utilizadas hasta ahora, que tienen filtros para lograr un efecto similar (lo que supone una reducción de su eficiencia energética).

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Cabe destacar también que diversas pruebas realizadas por importantes empresas y organismos han concluido que el ahorro energético varía entre un 70% y 80% respecto a la Iluminación tradicional que se utiliza hasta ahora. Todo ello pone de manifiesto las numerosas ventajas que los ledes ofrecen en relación al alumbrado público. Los ledes de Luz Blanca son uno de los desarrollos más recientes y pueden considerarse como un intento muy bien fundamentado para sustituir las bombillas actuales (lámparas incandescentes) por dispositivos mucho más ventajosos. En la actualidad se dispone de tecnología que consume el 92% menos que las bombillas incandescentes de uso doméstico común y un 30% menos que la mayoría de las lámparas fluorescentes; además, estos ledes pueden durar hasta 20 años y suponer un 200% menos de costes totales de propiedad si se comparan con las bombillas o tubos fluorescentes convencionales. Estas características convierten a los ledes de Luz Blanca en una alternativa muy prometedora para la iluminación. También se utilizan en la emisión de señales de luz que se trasmiten a través de fibra óptica. Sin embargo esta aplicación está en desuso ya que actualmente se opta por tecnología láser que focaliza más las señales de luz y permite un mayor alcance de la misma utilizando el mismo cable. Sin embargo en los inicios de la fibra óptica eran usados por su escaso coste, ya que suponían una gran ventaja frente al coaxial (aun sin focalizar la emisión de luz). Pantalla de ledes: pantalla muy brillante, formada por filas de ledes verdes, azules y rojos, ordenados según la arquitectura RGB, controlados individualmente para formar imágenes vivas, muy brillantes, con un altísimo nivel de contraste, entre sus principales ventajas, frente a otras pantallas encontramos: buen soporte de color, brillo extremadamente alto, lo que le da la capacidad ser completamente visible bajo la luz del sol, es increíblemente resistente a impactos.

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fig., 10

PANTALLA OLED

Conexión Para conectar ledes de modo que iluminen de forma continua, deben estar polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de la fuente de alimentación conectado al ánodo y el polo negativo conectado al cátodo. Además, la fuente de alimentación debe suministrarle una tensión o diferencia de potencial superior a su tensión umbral. Por otro lado, se debe garantizar que la corriente que circula por ellos no exceda los límites admisibles, lo que dañaría irreversiblemente al led. (Esto se puede hacer de manera sencillacon una resistencia R en serie con los ledes). Unos circuitos sencillos que muestran cómo polarizar directamente ledes son los siguientes:

Figura 9

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La diferencia de potencial Vd. varía de acuerdo a las especificaciones relacionadas con el color y la potencia soportada. En términos generales, pueden considerarse de forma aproximada los siguientes valores de diferencia de potencial: Rojo = 1,8 a 2,2 volt. Amarillo = 2,1 a 2,4 volt. Verde = 2 a 3,5 volt. Azul = 3,5 a 3,8 volt. Blanco = 3,6 volt. Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia R adecuada para la tensión de la fuente V fuente que utilicemos

. Figura 10

El término I, en la fórmula, se refiere al valor de corriente para la intensidad luminosa que necesitamos. Lo común es de 10 mA para ledes de baja luminosidad y 20 mA para ledes de alta luminosidad; un valor superior puede inhabilitar el led o reducir de manera considerable su tiempo de vida. Otros ledes de una mayor capacidad de corriente conocidos como ledes de potencia (1 W, 3 W, 5 W, etc.), pueden ser usados a 150 mA, 350 mA, 750 mA o incluso a 1000 mA dependiendo de las características opto-eléctricas dadas por el fabricante.

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Cabe recordar que también pueden conectarse varios en serie, sumándose las diferencias

de

potencial

en

cada

uno.

También

se

pueden

hacer

configuraciones en paralelo, aunque este tipo de configuraciones no son muy recomendadas para diseños de circuitos con ledes eficientes. Hay que tener en cuenta para el cálculo del valor de la resistencia la Ley de Ohm, en el ejemplo, este tipo de pilas es de 9 voltios, y el diodo led necesita 1,8 voltios, por lo que han de caer en la resistencia la diferencia 7.2 V y el consumo

del

diodo

es

de

unos

18 mA

(0,018 A),

por

tanto

7,2/0,018=400 ohmios.

Esquema básico de conexión en paralelo.

Figura 11

DIODO ZENER

Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para mantener un voltaje constante en su terminales, llamado Voltaje o Tensión Zener (Vz.) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa. Un zener en conexión con polarización inversa siempre tiene la misma tensión en sus extremos.

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Figura 12

Figura 13

¿CÓMO FUNCIONA UN DIODO ZENER? Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz. el diodo conduce y mantiene la tensión Vz. constante aunque nosotros sigamos aumentando la tensión en el circuito. La corriente que pasa por el diodo zener en estas condiciones se llama corriente inversa (Iz).Se llama zona de ruptura por encima de Vz. Antes llegar a Vz. el diodo zener NO Conduce. Como

se ve es

un regulador

polarizado

de

voltaje

o

tención

tensión.

Cuando

está

directamente el zener se comporta como un diodo normal. Pero mientras la tensión inversa sea inferior a la tensión zener, el diodo no conduce, solo conseguiremos tener la tensión constante Vz., cuando esté conectado a una tensión igual a Vz. o mayor. Aquí puedes ver una la curva característica de un zener: Figura 14

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Para el zener de la curva vemos que se activaría para una Vz de 5V (zona de ruptura), lógicamente polarizado inversamente, por eso es negativa. En la curva de la derecha vemos que sería conectado directamente, y conduce siempre, como un diodo normal. Este diodo se llamaría diodo zener de 5V, pero podría ser un diodo zener de 12V, etc. Sus dos características más importantes son su Tensión Zener y la máxima Potencia que pueden disipar = Pz (potencia zener).

La relación entre Vz. y Pz nos determinará la máxima corriente inversa, llamada Izmáx. OJO si sobrepasamos esta corriente inversa máxima el diodo zener puede quemarse, ya que no será capaz de disipar tanta potencia. Un ejemplo: Tenemos un diodo zener de 5,1V y 0,5w. ¿Cuál será la máxima corriente

inversa

que

soportará?

Recordamos P = V x I; I = P/V. En nuestro caso Izmáx = Pz/Vz = 0,5/5,1 = 0,098A. Para evitar que nunca pasemos de la corriente inversa máxima, los diodos zener se conectan siempre con una resistencia en serie que llamamos "Resistencia de Drenaje" Conexión básica de un diodo zener en un circuito:

Figura 15

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DIODO RECTIFICADOR Un diodo rectificador es útil para pasar sólo la mitad positiva o la mitad negativa de una señal de corriente alterna (CA), mediante el proceso de rectificación. Comúnmente los circuitos rectificadores son utilizados en el diseño de fuentes de poder, donde la potencia de corriente alterna (CA) se debe transformar en potencia de corriente directa (CD) lo cual es muy útil para circuitos electrónicos y digitales. El diodo rectificador es uno de los mecanismos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador deriva de su aplicación, la que consiste en separar los semi-ciclos positivos y negativos de una señal de corriente alterna. Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los semi-ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica. Pero durante los semi-ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

 Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: A) La frecuencia máxima en que realizan correctamente su función B) La corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo C) Las tensiones directa e inversa máximas que soportarán. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

El circuito rectificador de media onda nos permite convertir corriente alterna en corriente continua, es el circuito más simple para explicar el concepto de rectificación. Los rectificadores de media onda producen una mayor cantidad de ondulaciones que los rectificadores de onda completa, por lo tanto, es recomendable utilizar un condensador para suavizar y de esta manera eliminar la frecuencia armónica de corriente alterna (CA) de la salida de corriente directa (CD).

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El siguiente circuito es la representación de un rectificador de media onda:

Figura 16

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

El circuito rectificador de onda completa es un circuito en el que nos permite aprovechar ambos semi-ciclos de la corriente alterna y obtener corriente directa, aunque los resultados de las ondas aparentan ser similares a la rectificación de media onda es posible observar diferencias y ventajas al emplear una rectificación de onda completa, se puede observar niveles de intensidad superiores y la caída de tensión es menor al aplicar una carga a nuestro circuito (En este caso la carga sería RL). Para poder hacer una rectificación de onda completa se necesita un transformador con derivación central o cuatro diodos.

Figura 17

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PUENTE RECTIFICADOR

El puente rectificador o también conocido como puente de Graetz es un circuito electrónico que produce una salida de corriente directa similar a un rectificador de onda completa, este tipo de circuito requiere de cuatro diodos los cuales deben ser colocados como se muestra en la Figura, el puente rectificador permite la rectificación de onda completa de un transformador que no tenga una toma central.

Figura 18

CALCULAR RESISTENCIA EN CIRCUITO CON DOS DIODOS Y UN FOCO En el cálculo de resistencias es muy común en cualquier tipo de práctica, ya sea electrónica, circuitos, dispositivos etc. en el siguiente post describiremos paso a paso como podemos determinar una resistencia con un problema visto en clase, esto es muy necesario en caso de que necesitemos de un cálculo para algún proyecto y ciertos diodos, transformadores, puentes, etc. necesiten de una reducción de voltaje, he aquí el que tipo de resistencia utilizaremos para reducir tal voltaje.

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Para resolver este circuito debemos utilizar dos simples leyes, se tiene que:

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CONCLUSION

En conclusión podemos deducir que los semiconductores son elementos importantes dentro de los circuitos electrónicos Conocimos acerca de su historia y composición Aprendimos acerca del diodo semiconductor y el funcionamiento de la unión PN. Así también, conocimos de su composición y aplicaciones en el campo eléctrico, de su comportamiento frente a diferentes maneras de conexión y que existen distintos tipos de diodos; cada uno con múltiples aplicaciones. Entre ellos destacamos tres: A. El diodo led (Light-EmittingDiode) B. El diodo zener C. El diodo rectificador De estos pudimos reconocer su uso y función, así como los detalles de su activación y efectos sobre la corriente eléctrica.

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