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• Janice Ayuso

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INTRODUCCION Los diodos son dispositivos no lineales, estos tienen aplicaciones muy interesantes sin las cuales no conoceríamos la electrónica moderna; tiene especial importancia en los circuitos de conmutación ya que estos pueden conducir o no conducir según el voltaje aplicado. Los diodos también sirven como circuitos limitadores que son parte fundamental de osciladores sostenidos; los diodos Zener actúan como reguladores en los circuitos rectificadores, que a su vez tienen diodos en una configuración llamada puente de diodos que le saca el valor absoluto a la señal sinusoidal de la línea. En el pasado usaban los diodos para de-modular las señales de AM de los radios y ahora son comúnmente usados en el área de electrónica de Potencia, para el control apropiado de transformadores y motores. Sin embargo, dependiendo del tipo de diodo dependerá su función. En el siguiente trabajo se presentarán distintos tipos de diodos, su funcionamiento, importancia, aplicaciones entre otras características interesantes.

DIODO ZENER Los diodos Zener son diodos de unión PN corrientes, pero que tienen la capacidad de funcionar en condiciones de polaridad inversa.

MATERIAL El diodo Zener es un diodo de silicio fuertemente dopado1 que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor Clarence Melvin Zener.

¿QUÉ ES UN DIODO ZENER? Como comentamos, el diodo Zener es prácticamente igual que el diodo de unión PN estándar, pero este está especialmente diseñado para aprovechar una configuración de polarización inversa. A diferencia de un diodo convencional que bloquea cualquier flujo de corriente a través de sí mismo cuando está polarizado al revés, tan pronto como la tensión inversa alcanza un valor predeterminado, el diodo Zener comienza a conducir en la dirección inversa.

La corriente que fluye en ese punto, aumenta drásticamente al valor máximo del circuito. El punto de tensión en el que el voltaje se estabiliza se denomina “tensión zener” (Vz). Esta tensión zener en la curva I-V es casi una línea recta vertical.

APLICACIONES DEL DIODO ZENER 

“REGULADOR DE TENSIÓN” CONSTANTE

En un circuito de DC (corriente continua o directa), el diodo Zener se puede utilizar como regulador de tensión o como referencia de tensión. El uso principal del Zener radica en el hecho de que la tensión a través de un diodo Zener permanece constante, aunque haya un cambio importante de corriente. Esto permite utilizar un diodo Zener como dispositivo de tensión constante. Un circuito simple, donde se quiera hacer uso de un Zener como regulador, requiere de una resistencia de bajo valor conectada en serie con la fuente de tensión de entrada.

El valor bajo es necesario para permitir el máximo flujo de corriente a través del diodo (se conecta en paralelo). Las únicas limitaciones son: 1. La corriente a través del Zener no debe ser inferior a su corriente mínima. En pocas palabras, para una tensión de entrada mínima y una corriente de carga máxima, la corriente del diodo Zener debe ser, al menos, Izmin. 2. La potencia que debe disipar el diodo debe ser inferior a su potencia máxima: Potencia Máx = Imax * Vz Como conoceríamos la tensión de entrada y la tensión de salida que queremos, es fácil elegir un Zener con una tensión aproximadamente igual a la tensión de carga o salida, es decir, Vz ~= Vo. El valor de la resistencia en serie se escoge para que sea: R = (Vin – Vz)/ (Izmin + IL), donde IL es la corriente de salida o carga.



“RECORTADOR” DE TENSIÓN”

En un circuito con una fuente de entrada de AC también se puede utilizar un diodo Zener. El diodo se puede utilizar para limitar el pico de la tensión de salida a la tensión zener en un lado y a la tensión umbral en el otro semiciclo de la onda.

Durante el ciclo positivo, una vez que la tensión de entrada alcanza el valor de la tensión zener (Vz), la tensión de salida es constante durante un cierto tiempo hasta que la tensión comienza a disminuir. Ahora, durante el medio ciclo negativo, el diodo zener se encuentra en polarización directa. A medida que la tensión negativa aumenta hasta la tensión de umbral hacia adelante, el diodo comienza a conducir y el lado negativo de la tensión de salida se limita a la tensión de umbral.

Si son colocados dos diodos Zener opuestos en serie, se podrá obtener una señal recortada a Vz en ambos semiciclos de la onda.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN 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 de llegar a Vz el diodo zener NO Conduce. Como ves es un regulador de voltaje o tensión, cuando está polarizado 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:

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. ¿cual 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". Vamos a ver como sería la conexión básica de un diodo zener en un circuito:

DIODO EMISOR DE LUZ (LED) 

SIMBOLOGIA



MATERIALES

Los LED están hechos de una gran variedad de elementos químicos, entre estos se encuentran: Boro, carbono, Nitrógeno, Aluminio, Galio, Indio, Germanio, Arsénico, Fosforo y Silicio.

¿QUÉ ES UN DIODO LED? El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que, al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este 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. Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda dañar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios 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. Los Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED están comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LED. Los diodos LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Para la protección del LED en caso haya picos inesperados que puedan dañarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio común En general, los LED 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).

ESTRUCTURA DEL LED

COMPOSICION DE LOS LED Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros. LED rojo: Formado por GaP consiste en una unión p-n obtenida por el método de crecimiento epitaxial del cristal en su fase líquida, en un substrato. La fuente luminosa está formada por una capa de cristal p junto con un complejo de ZnO, cuya máxima concentración está limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de LED funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizándose como dispositivo de visualización en equipos portátiles. El constituido por GaAsP consiste en una capa p obtenida por difusión de Zn durante el crecimiento de un cristal n de GaAsP, formado en un substrato de GaAs, por el método de crecimiento epitaxial en fase gaseosa. Actualmente se emplea los LED de GaAlAs debido a su mayor luminosidad. El máximo de radiación se halla en la longitud de onda 660 nm.

LED anaranjado y amarillo: Están compuestos por GaAsP al igual que sus hermanos los rojos pero en este caso para conseguir luz anaranjada y amarilla así como luz de longitud de onda más pequeña, lo que hacemos es ampliar el ancho de la "banda prohibida" mediante el aumento de fósforo en el semiconductor. Su fabricación es la misma que se utiliza para los diodos rojos, por crecimiento epitaxial del cristal en fase gaseosa, la formación de la unión p-n se realiza por difusión de Zn. LED verde: El LED verde está compuesto por GaP. Se utiliza el método de crecimiento epitaxial del cristal en fase líquida para formar la unión p-n. Al igual que los LED amarillos, también se utiliza una trampa isoelectrónica de nitrógeno para mejorar el rendimiento. Debido a que este tipo de LED posee una baja probabilidad de transición fotónica, es importante mejorar la cristalinidad de la capa n. La disminución de impurezas a larga la vida de los portadores, mejorando la cristalinidad.Su máxima emisión se consigue en la longitud de onda 555 nm.

FUNCIONAMIENTO FISICO DEL LED 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 se manifieste en (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando Al polarizar directamente un diodo LED conseguimos que por la unión PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P; O sea los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p, produciéndose por consiguiente, una inyección de portadores minoritarios. 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.

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberación de una cantidad de energía proporcional al salto de banda de energía del material semiconductor. Una parte de esta energía se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinación que se producen. La energía contenida en un fotón de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energía del material semiconductor que forma el LED, más elevada será la frecuencia de la luz emitida.

APLICACIONES DE LOS LED 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. Los LED 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. 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 LED. También se usan los LED 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 LED presenta indudables Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento y desplegar contadores - Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua. - Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna. - En dispositivos de alarma.

CARACTERISTICAS DEL LED

Curva característica del Diodo Led La curva característica del diodo led representa la relación entre la caída de tensión en los terminales ánodo y cátodo y la corriente que circula a través del ánodo. La curva real del diodo led de potencia de 10w se puede ver en la siguiente figura. De ella se desprende que las características indicadas por en fabricante que se pueden observar en el apartado anterior no corresponden con el diodo led real. La respuesta del diodo led mostrado en la figura es el resultado de medir la tensión en los bornes del diodo led (ánodo-cátodo) en función de la corriente de ánodo, alimentando el diodo led mediante una corriente constante desde 10mA hasta la corriente máxima directa de trabajo. Se puede observar que para la corriente máxima de trabajo de 900mA la caída de tensión directa en el diodo led es de 9,33V, muy distante de la indicada por el fabricante, 12V.

FOTODIODO •

SIMBOLOGIA

¿QUE ES UN FOTODIODO? El fotodiodo tiene básicamente la misma construcción que un diodo rectificador (está construido por una unión PN), sin embrago este tiene una característica que lo hace especial: es un dispositivo sensible a la luz visible e incluso a la infrarroja. En pocas palabras resulta ser un diodo con sensibilidad a la luz.

¿COMO FUNCIONA? Al ser un diodo es muy importante tener en cuenta su polarización ya que en este tipo la corriente eléctrica fluye en sentido inverso, por lo que debemos polarizarlo de manera inversa. La mayoría vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, por lo tanto su reacción a la iluminación es más evidente. Al circular la corriente de manera inversa provoca un aumento de corriente dependiendo de los intensidad de luz que detecte.

¿QUE DIFERENCIA EXISTEN ENTRE LDR, FOTOTRANSISTOR Y FOTODIODO? A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño. Si se combina un fotodiodo con un transistor bipolar, colocando el fotodiodo entre el colector y la base del transistor (con el cátodo del diodo apuntado al colector del transistor), se obtiene el circuito equivalente de un fototransistor.

¿QUE TIPOS DE FOTODIODOS EXISTEN? Básicamente existen 2 tipos: PIN Es un diodo semiconductor al que se le ha introducido una zona intermedia llamada intrínseca para que la eficiencia del fotodiodo sea alta. El problema que presenta es que el tiempo de tránsito de los fotoportadores es mayor, aumentando el tiempo de respuesta.

ADP El fotodiodo APD o de avalancha es un fotodiodo con ganancia interna debido al efecto de avalancha.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Al principio de este artículo se dijo que un fotodiodo podía ser visto como un diodo polarizado a la inversa, esto se debe al funcionamiento de este. En un diodo ordinario la polarización debe ser directa, esto permite que la corriente eléctrica pase por un solo sentido y no pueda regresar en sentido contrario. En los fotodiodos la corriente circula de manera inversa, esto permitirá que se produzca un aumento de la corriente cuando el fotodiodo sea excitado por un aumento en la luz. En caso contrario cuando la luz se encuentre ausente, la corriente sera muy pequeña al punto de ser casi irrelevante, a este corriente se le llama corriente de oscuridad.

APLICACIONES 

Medición de luz Fotometría Espectrometría Control de láseres



Recepción o lectura de datos Control remoto y comunicación IR Lectores de código de barras Lectores de CD y DVD Buses ópticos Redes locales Comunicación a larga distancia



Sensores Proximidad Composiciones Detección remota Interferométricos En guía de onda

MATERIALES Y ESTRUCTURAS Coeficiente de absorción



Semic. directos: borde de absorción abrupto

• Semic. indirectos: variación gradual de 1/α(λ) • Importantes: Silicio y GaInAs (con a=a(InP))

Fotodiodos P+N de silicio

Estructura de fotodiodo PIN

CARACTERÍSTICAS DEL FOTODIODO

Curvas Características

La corriente inversa a través del fotodiodo varia linealmente con la iluminancia una vez que se está significativamente por encima de la región de corriente oscura.

DIODO LÁSER 1.

SIMBOLOGÍA

2.

ESTADO SÓLIDO

2.1

MATERIALES O ALEACIONES DE FABRICACIÓN

Semiconductores Aislantes: Materiales que no son conductores de la electricidad como cuarzo,diamante, goma o plástico. Conductores: Materiales que son conductores de la electricidad como oro, plata, cobre. Semiconductores: Materiales con una conductividad eléctrica intermedia entre materiales conductores y no conductores. Ejemplos: Ge, Si, GaAs, InP, GaAlAs. 2.2

ESTRUCTURA

2.3

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectante de forma parcial (aunque muy reflectante también), lográndose así una unión PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unión PN guardan una estrecha relación con la longitud de onda a emitir. Este conjunto forma una guía de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra sólo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisión de más fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulación de corriente por el diodo). Parte de estos fotones saldrán del diodo láser a través de la cara parcialmente transparente (la que es sólo 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 emisión estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo láser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre. 3.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

4.

PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES.

Un diodo láser, similar a un diodo emisor de luz (LED), se compone de una unión entre dos semiconductores (una positiva y una negativa). Esta unión se conoce como una unión pn. Además, cuenta con un terminal para recoger la electricidad y un lente para enfocar el rayo láser. Estos semiconductores son increíblemente pequeños, hechos de rebanadas muy delgadas de material semiconductor, y están muy cuidadosamente fabricados a fin de crear una perfecta unión pn.

Los láseres son monocromáticos, es decir, tienen una sola frecuencia. De hecho, el láser en sí es un acrónimo de "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". Para que funcione un láser, muchos fotones de la luz con la misma frecuencia deben viajar en la misma dirección, haciendo que se interfieran constructivamente entre sí, lo que aumenta la amplitud de la luz. En un diodo láser, la luz es emitida por dos electrones, en la sustancia positiva, y los agujeros (la ausencia de electrones) en la sustancia negativa. Cuando la sustancia positiva se carga, los electrones de la sustancia positiva saltan para llenar los agujeros en la sustancia negativa. Cuando los electrones saltan, pierden energía en forma de fotones, que son los cuantos de luz. Estos fotones son producidos simultáneamente. Debido a que todos los electrones saltan para llenar los agujeros de un determinado material semiconductor, todos los fotones son de la misma frecuencia y dirección. Esto provoca un haz de láser que sale al exterior a través de la lente del diodo láser. 5.

APLICACIONES

Los diodos láser se utilizan en la mayoría de los punteros láser, debido a su pequeño tamaño. Esto también los hace ideal para los reproductores de DVD y CD porque ambos utilizan estos pequeños láseres para leer sus discos. Sin embargo, los diodos láser generalmente no producen mucha energía, haciéndolos poco utilizados industrialmente. Otras aplicaciones pueden ser: •

Interconexiones ópticas entre circuitos integrados.

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Impresoras láser.

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Escáneres o digitalizadores.

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Sensores.

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Tratamiento con láser odontológico.

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Depilación corporal.

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Pantalla láser

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Odontología

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Oftalmología

DIODO SCHOTTKY 1.

SIMBOLOGÍA

2.

ESTADO SÓLIDO 2.1 MATERIALES O ALEACIONES DE FABRICACIÓN

Los diodos Schottky están normalmente formados por metales como el platino y silicio, surge de la unión de un platino, con silicio de tipo n. 2.2

2.3

ESTRUCTURA

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

Cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metálica y un material semiconductor, el contacto tiene, típicamente, un comportamiento óhmico cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una región semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto debe ser el resistivo, comenzando también a tener un efecto de rectificación. Un diodo Schottky, se forma colocando una película metálica en contacto directo con un semiconductor. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad más grande de los portadores en este tipo de material. La parte metálica será el ánodo y el semiconductor, el cátodo.

En una deposición de aluminio Al (3 electrones en la capa de valencia), los electrones del semiconductor tipo N migran hacía el metal, creando una región de transición en la ensambladura. Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos materiales) están en tránsito. Su conmutación es mucho más rápida que la de los diodos bipolares, una vez que no existan cargas en la región tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial (típicamente de 0,3V). La Región N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la pérdida de conducción, por esto, la tensión máxima soportable para este tipo de diodo está alrededor de los 100V.

3.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

4.

PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES

A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V. La limitación más 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 conmutación y mediante su poca caída de voltaje en directo permite su operación con un reducido gasto de energía.

5.

APLICACIONES

El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lógica TTL. Por ejemplo los tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean mucho menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da una mejora en la relación velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia. Otra aplicación del diodo Schottky es en variadores de frecuencia (inverters) y circuitos controladores de motores paso a paso, cuando el circuito controlador efectua la desconexión de los bobinados del motor estos diodos se encargan de drenar los picos de corriente inductiva que regresan de los bobinados de un motor y devolverlos al bus de continua para que estos no quemen los transistores IGBT del chopper, destruyendo el dispositivo. Cuando el motor se comporta como generador, la corriente circula hacia el bus de continua a través de los diodos y no es absorbida por los IGBTs.

DIODO PIN 1.

SIMBOLOGÍA

2.

ESTADO SÓLIDO A.

MATERIALES O ALEACIONES DE FABRICACIÓN.

El diodo PIN se forma partiendo de silicio tipo P de alta resistividad. La capa P de baja resistividad representada, está formada por difusión de átomos de boro en un bloque de silicio tipo P y la capa N muy delgada está formada difundiendo grandes cantidades de fósforo. B.

ESTRUCTURA

El diodo PIN es una estructura de tres capas, siendo la intermedia un semiconductor intrínseco, y las externas, una de tipo P y la otra tipo N. Sin embargo, en la práctica, la capa intrínseca se sustituye bien por una capa tipo P de alta resistividad (π) o bien por una capa n de alta resistividad (ν). La región intrínseca amplia es en contraste con un diodo PN ordinario. La región intrínseca amplia hace el diodo PIN un rectificador inferior, pero hace que el diodo PIN sea adecuado para atenuadores, interruptores rápidos, fotodetectores, y aplicaciones de electrónica de potencia de alta tensión. C.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

Un diodo PIN opera bajo lo que se conoce como la inyección de alto nivel. En otras palabras, la región intrínseca "i" se inunda con los portadores de carga de las regiones de "n", "p" y. El diodo conduce la corriente una vez que los electrones y los huecos inundados llegan a un punto de equilibrio, donde el número de electrones es igual al número de agujeros en la región intrínseca.

Cuando el diodo está polarizado hacia adelante, la concentración de portadores inyectada es típicamente varios órdenes de magnitud más alta que la concentración de portadores nivel intrínseco. Debido a esta inyección de alto nivel, que a su vez se debe al proceso de agotamiento, el campo eléctrico se extiende profundamente en la región. Este campo eléctrico ayuda en la aceleración del transporte de portadores de carga desde la P a la región N, que se traduce en un funcionamiento más rápido del diodo, por lo que es un dispositivo adecuado para operaciones de alta frecuencia. 3.

CURVA CARACTERÍSTICA

4.

PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES

Un diodo PIN obedece a la ecuación del diodo estándar para señales de baja frecuencia. A frecuencias más altas, el diodo se parece a una resistencia casi perfecta. Hay una gran cantidad de carga almacenada en la región intrínseca. A bajas frecuencias, la carga se puede quitar y el diodo se apaga. A frecuencias más altas, no hay tiempo suficiente para retirar la acusación, por lo que el diodo no se apaga nunca. El diodo PIN tiene un mal tiempo de recuperación inverso. La resistencia de alta frecuencia es inversamente proporcional a la corriente continua de polarización a través del diodo. Un diodo PIN, adecuadamente sesgada, por lo tanto, actúa como una resistencia variable. Esta resistencia de alta frecuencia puede variar en un amplio intervalo. La región intrínseca amplia también significa que el diodo tendrá una capacitancia baja polarizado inversamente. En un diodo PIN, la región de agotamiento existe casi por completo dentro de la región intrínseca. Esta región de agotamiento es mucho más grande que en un diodo PN, y casi constante de tamaño, independiente de la polarización inversa aplicada al diodo. Esto aumenta el volumen en el que los pares electrón-hueco pueden ser generados por un fotón incidente. Algunos dispositivos fotodetectores, tales como fotodiodos PIN y fototransistores, utilizan una unión pin en su construcción. El diseño de diodo tiene algunas ventajas y desventajas de diseño. El aumento de las dimensiones de la región intrínseca permite que el diodo se vea como una resistencia a frecuencias más bajas. Se afecta negativamente el tiempo necesario para apagar el diodo y su capacitancia en derivación. Diodos PIN se adaptarán para un uso particular. 5.

APLICACIONES

• Interruptores de RF y microondas: Bajo el sesgo cero o inverso, un diodo PIN tiene una capacidad baja. La baja capacidad no va a pasar mucho de una señal de RF. En virtud de un sesgo hacia adelante de 1 mA, un diodo PIN típico tendrá una resistencia de RF de aproximadamente 1 ohmio, por lo que es un buen conductor de RF. En consecuencia, el diodo PIN hacen un buen interruptor de RF. Aunque los relés de RF se pueden utilizar como interruptores, cambian muy lentamente. Un interruptor de diodo PIN puede cambiar mucho más rápidamente. • RF y microondas atenuadores variables Al cambiar la corriente de polarización a través de un diodo PIN, es posible cambiar rápidamente la resistencia RF. A altas frecuencias, el diodo PIN aparece como un resistor cuya resistencia es una función inversa de la corriente directa. En consecuencia, el diodo PIN se puede utilizar en algunos diseños atenuador variable como moduladores de amplitud o circuitos de nivelación de salida.

Los diodos PIN pueden ser utilizados, por ejemplo, como el puente y las resistencias en derivación en un puente-T atenuador. Otro enfoque común es utilizar diodos PIN como terminaciones conectadas a la 0 grados y -90 grados puertos de un híbrido en cuadratura. La señal a ser atenuada se aplica al puerto de entrada, y el resultado se toma atenuada desde el puerto aislamiento. Las ventajas de este enfoque más de los enfoques puente-T y PI son no se necesitan unidades de polarización del diodo PIN complementarias la misma polarización se aplica a los dos diodos y la pérdida en el atenuador es igual a la pérdida de retorno de las terminaciones, que se puede variar en un gama muy amplia. • Limitadores: los diodos PIN veces se utilizan como dispositivos de protección de entrada para sondas de prueba de alta frecuencia. Si la señal de entrada está dentro del rango, el diodo PIN tiene poco impacto como una pequeña capacidad. Si la señal es grande, entonces el diodo PIN se inicia para llevar a cabo y se convierte en una resistencia que desvía la mayor parte de la señal a tierra. • Célula fotoeléctrica y fotovoltaica: El fotodiodo PIN fue inventado por Jun-ichi Nishizawa y sus colegas en 1950. Los fotodiodos PIN se utilizan en las tarjetas de red de fibra óptica y los interruptores. Como un fotodetector, el diodo PIN está polarizado inversamente. En polarización inversa, el diodo normalmente no realiza. Un fotón entrar en la región intrínseca libera un portador. El campo de polarización inversa barre el portador fuera de la región y crea una corriente. Algunos detectores pueden usar la multiplicación de avalancha.

DIODO TÚNEL 1.

SIMBOLOGÍA

2.

ESTADO SÓLIDO A.

MATERIALES O ALEACIONES DE FABRICACIÓN

Los diodos túnel son generalmente fabricados en Germanio, pero también en silicio y arseniuro de galio. Son diodos muy rápidos que presentan una respuesta una zona con “resistencia negativa”, que permite su utilización como elemento activo en osciladores y amplificadores. En la práctica los diodos túnel operan con unos pocos miliamperios y potencias muy bajas. B.

ESTRUCTURA

Los diodos túnel poseen una región de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado. C.

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN

En un diodo túnel, 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. 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.

3.

CURVA CARACTERÍSTICA

4.

PARÁMETROS MÁS IMPORTANTES

El diodo túnel es un diodo capaz de realizar el efecto túnel. El efecto túnel es un fenómeno cuántico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera de potencial o impedancia mayor que la 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 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. Una de las principales razones para el éxito inicial del diodo túnel fue su alta velocidad de operación y las altas frecuencias que podía manejar. Esto dio como resultado del hecho de que mientras que muchos otros dispositivos son ralentizados por la presencia de los portadores minoritarios, el diodo túnel sólo utiliza portadores mayoritarios, es decir, agujeros en un material de tipo n y electrones en un material de tipo p. Los portadores minoritarios ralentizan el funcionamiento de un dispositivo y como resultado, su velocidad es más lenta. Así mismo, el efecto túnel es intrínsecamente muy rápido. 5.

APLICACIONES

Una característica importante del diodo túnel es 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. 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 circuitos osciladores de alta frecuencia.

CONCLUSIÓN Cada semiconductor tendrá sus funciones, características, tamaño y aplicaciones específicas dependiendo del tipo de uso que uno esté buscando. Estos son elementos importantes en la electrónica y hay que estar al tanto de ciertos conocimientos relativos a su funcionamiento y comportamiento. Los semiconductores son de gran versatilidad, se pueden implicar en muchos aspectos con el propósito de resolver algún problema y uno de sus aspectos más importantes es que no se quedan en un solo tipo de diodo y más bien se ha desarrollado el diodo en formas que extienden su área de aplicación y sentido. En cada campo, ya sea lectura de DVD, CD, bocinas un diodo en específico trabaja mejor que otros con sus diferentes tipos de voltaje umbral y métodos de operación. Estos dispositivos electrónicos se ocupan de convertir en señales eléctricas la información procedente del mundo exterior y de procesar estas señales. Los mismos están compuestos por circuitos electrónicos que desempeñan una determinada función el cual ayuda a cumplir diferentes objetivos dependiendo del diodo con el que se esté trabajando. Podemos concluir que los diodos pueden tener diferentes utilidades en el la vida diaria y que las características de cada uno de ellos puede servir para desarrollar sistemas más eficientes en cuanto a electrónica hablamos. Es útil el saber sus diferentes características y cualidades especiales para darle el mejor uso posible.