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FÍSICA ELECTRONICA CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO

 Indaga en el Internet sobre la curva característica de un diodo zener y un diodo túnel. Luego en una hoja de MS Word, describe las partes de esta gráfica.

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Desarrollo: Curva ideal de funcionamiento de un diodo.

En el siguiente esquema podemos apreciar las polarizaciones de un diodo. Todo esto es la forma ideal del diodo, pero en esta vida ideal no hay nada, por tanto, vamos a ver cómo se comporta de forma real el diodo semiconductor.

Los diodos se pueden construir de silicio o germanio, para que puedan conducir se debe superar un potencial denominado tensión umbral cuyo valor es 0,7 voltios en los diodos de silicio y 0,3 en los de germanio, una vez se ha pasado el umbral a pequeños incrementos de tensión corresponden grandes incrementos de intensidad, a esta zona se le suele llamar zona de conducción. En polarización inversa del diodo se distingue la zona de corriente de fugas o corriente inversa, en la cual la corriente es muy pequeña independientemente del voltaje aplicado, y la tensión de avalancha, que es a partir de esta tensión que se destruye el diodo, la curva real nos aclarará lo explicado.

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Parámetros más importantes de un diodo. En la curva real del diodo anteriormente mostrada aparecen cuatro valores fundamentales a conocer: 1. La tensión directa umbral (VF), 0,7 V en los diodos de Silicio. 2. La corriente inversa (IR), tiene un valor prácticamente despreciable a temperaturas normales. 3. La corriente directa (IF) es la que circula cuando el diodo conduce, es muy importante conocer su valor máximo. 4. Tensión inversa máxima (VR), que también es interesante conocer para saber a qué tensión se destruye el diodo por avalancha. LA CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO Con la polarización directa los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar con los átomos generan calor que hará amentar la temperatura del semiconductor. Este aumento activa la conducción en el diodo.

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Tipos de diodos. Diodo Zener, diodo utilizado como limitador o recortador de tensiones. Diodo túnel, se utiliza como conmutador de alta velocidad otra utilización es como oscilador de frecuencia.

Características del diodo Zener El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha. En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante. En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor. EL DIODO ZENER

FÍSICA ELECTRONICA El diodo Zener, que recibe este nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener, es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

EFECTO ZENER El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan, debido a la característica constitución de los mismos, fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los átomos dejando así electrones libres capaces de establecer la conducción. Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión inversa nominal y superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la tensión en bornes del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él.

SIMBOLO DEL DIODO ZENER DESCRIPCIÓN DEL DIODO ZENER Un diodo zener es básicamente un diodo de unión, pero construido especial mente para trabajar en la zona de ruptura de la tensión de polarización inversa; por eso algunas veces se le conoce con el nombre de diodo de avalancha. El diodo zéner tiene la propiedad de mantener constante la tensión aplicada, aun cuando la corriente sufra cambios. Para que el diodo zener pueda realizar esta función, debe polarizarse de manera inversa. Generalmente, la tensión de polarización del diodo es mayor que la tensión de ruptura, Esta tensión de ruptura depende de las características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios; además, se coloca una resistencia limitadora en serie con él; de no ser así, conduciría de manera descontrolada hasta llegar al punto de su destrucción. En muchas aplicaciones de regulación de tensión, el diodo zéner.

CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO ZENER Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

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Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante. Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco. Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante. Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa. Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene prácticamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

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OTROS PUNTOS Tensiones de polarización inversa, conocida como Tensión zener Es la tensión que el zener va a mantener constante. Corriente mínima de funcionamiento .- Si la corriente a través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensión en sus bornas. Potencia máxima de disipación . Puesto que la tensión es constante, nos indica elmáximo valor de la corriente que puede soportar el Zener. AMPLICACIÓN Su principal aplicación es como regulador de tensión; es decir, como circuito que mantiene la tensión de salida casi constante, independientemente de las variaciones que se presenten en la línea de entrada o del consumo de corriente de las cargas conectadas en la salida del circuito.

EL DIODO TUNEL En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho más elevado que lo habitual exhiben una característica tensióncorriente muy particular. La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta. A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez más rápido hasta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe

FÍSICA ELECTRONICA a lo que los físicos denominan efecto túnel, del que nonos ocuparemos aquí debido a su complejidad. Para las aplicaciones prácticas del diodo túnel, la parte más interesante de su curva característica es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte de la curva a un aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución de la corriente; en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión y el incremento resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que esta parte de la curva representa una “resistencia incremental negativa”. Una resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia positiva. Así, por ejemplo, las pérdidas que se producen en un circuito resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en el, se compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor numérico conveniente y realizada por ejemplo, mediante un diodo túnel. En tal caso el circuito oscilante se transforma en un oscilador.

EFECTO TUNEL El efecto túnel es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor quela energía cinética de la propia partícula. Una barrera, en términos cuánticos aplicados al efecto túnel, se trata de una cualidad del estado energético de la materia análogo a una "colina" o pendiente clásica, compuesta por crestas y flancos alternos, que sugiere que el camino más corto de un móvil entre dos o más flancos debe atravesar su correspondiente cresta intermedia si dicho objeto no dispone de energía mecánica suficiente como para imponerse con la salvedad de atravesarlo. A escala cuántica, los objetos exhiben un comportamiento ondular; en la teoría cuántica, un cuanto moviéndose en dirección a una "colina" potencialmente energética puede ser descrito por su función de onda, que representa la amplitud probable que tiene la partícula de ser encontrada en la posición allende la estructura de la curva. Si esta función describe la posición de la partícula perteneciente al flanco adyacente al que supuso su punto de partida, existe cierta probabilidad de que se haya desplazado "a través" de la estructura, en vez de superarla por la ruta convencional que atraviesa la cima energética relativa. A esto se conoce como efecto túnel.

SÍMBOLO DEL DIODO TUNEL DESCRIPCIÓN DEL DIODO TUNEL El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en la cual se produce el efecto túnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corrientetensión. La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como componente activo (amplificador /oscilador). Una característica importante del diodo túneles su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarización directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo túnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que están relativamente libres de los efectos de la radiación. Si durante su construcción a un diodo invertido se le aumenta el nivel de dopado, se puede lograr que su punto de ruptura ocurra muy cerca de los 0V. Los diodos construidos de esta manera, se conocen como diodos túnel. Estos dispositivos presentan una característica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensión aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminución de la corriente (por lo

FÍSICA ELECTRONICA menos en una buena parte de la curva característica del diodo). Este fenómeno de resistencia negativa es útil para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una señal senoida l a partir de la energía que entrega la fuente de alimentación. Estos diodos tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky. El diodo Tunel se comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando una tensión aplicada en sentido directo.

CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO TUNEL Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo Tunel empieza a conducir (la corriente empieza a fluir). Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un punto después del cual la corriente disminuye. La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle" y después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuará aumentando conforme aumenta la tensión. Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo Tunel se puede ver en el siguiente gráfico.. Vp: Tensión pico- Vv: Tensión de valle- Ip: Corriente pico- Iv: Corriente de valle La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp yVv) se llama "zona de resistencia negativa "Los diodos Tunel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.

OTROS PUNTOS Presenta una zona de resistencia negativa. No hay procesos de alimentación, por lo tanto es útil en aplicaciones de alta velocidad. Diodo Unitúnel o Backward: caída de tensión en el diodo muy baja. APLICACIONES

FÍSICA ELECTRONICA Desgraciadamente, este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en reversa. Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuito sosciladores de alta frecuencia. BIOGRAFIA:

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Boylestand Nashelsky. Electrónica teoría de circuitos. Prentice Hall.

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http://es.wikipedia.org

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http://www.monografias.com/trabajos58/diodo/diodo2.shtml#ixzz3a5n7Q 3eD