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- Herausgeber: Editora NCB
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Serie: Curso de Electrónica
- Sprache: Spanisch
En 1972, ya con experiencia en la enseñanza de la electrónica en cursos, fui contratado por una gran organización de la enseñanza por correspondencia para renovar su curso práctico de electrónica. Terminando este trabajo, fui a trabajar en la editorial Saber en 1976 donde fui a publicar en las páginas de la Revista Saber Electrónica, el primer Curso de Electrónica de Instrucción Programada, una novedad que atrajo la atención de miles de lectores que tuvieron su formación inicial plenamente apoyados en las enseñanzas que hemos puesto a disponibilidad. El éxito de este curso hizo que en varias ocasiones subsecuentes el curso fuera repetido y actualizado en las páginas de la misma revista en portugués y en publicaciones en México y Argentina de la misma revista. En este intervalo publicamos la primera edición completa de este curso que recibió el nombre de Curso Básico de Electrónica y llegó a su quinta edición en 2009. Sin embargo, desde la primera edición y el primer curso en la publicación, muchas cosas han cambiado, y aunque se han realizado varias actualizaciones, ha llegado el momento de hacer algo nuevo, adaptado a los nuevos tiempos de la electrónica, en un formato más actual y con contenido que resulta más útil para todos los que desean aprender los fundamentos de la electrónica. De esta manera los contenidos del curso anterior se separaron en dos, Curso Básico de Electrónica (ya publicado – Vol. 1 de la serie) y Curso de Electrónica Analógica (que es este Volumen – Vol. 2), que debe ser complementado con la versión ya existente del Curso de Electrónica Digital. El Curso de Electrónica Digital que debe ser remodelado, tendrá un nuevo enfoque y, en un cuarto volumen, vamos a tener la parte práctica. Así, en esta primera edición del Curso de Electrónica Analógica, abordamos todos los conocimientos de esas ediciones y más información actualizada sobre nuevas tecnologías, Nuevos componentes y Nuevas aplicaciones. La edición original de este curso fue publicada en Brasil en 2016. Podemos decir que este libro, como los demás, puede ser considerado como la plataforma de iniciación ideal para muchos cursos, desde técnicos hasta disciplinas electivas, reciclaje de conocimiento incluso aquellos que desean tener una segunda actividad en electrónica o necesitarlos para su trabajo en el área relacionada.
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Seitenzahl: 471
Veröffentlichungsjahr: 2019
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Ähnliche
CURSO DE ELECTRÓNICA – VOLUMEN 2 - ELECTRÓNICA ANALÓGICA
Newton C. Braga
São Paulo - 2019
Instituto NCB
www.incb.com.mx
Director Responsable: Newton C. Braga
Coordinación: Renato Paiotti
Traducción: Rosa Zilda Leca
Nota importante
Esta serie de libros proporciona conocimientos básicos de la electrónica a los cursos regulares, cursos de aprendizaje a distancia y de auto-estudio, por tanto, que consiste en una literatura cuyo objetivo es apoyar, iniciación o terminación de conocimiento. Adquisición no implica el derecho a la obtención de certificados o diplomas que deben ser emitidos por las instituciones que adoptan el libro o enseñan cursos en otras formas. Del mismo modo el autor o el editor no son responsables de los problemas que puedan ser causados por el mal uso de la información contenida en el mismo como la no operación de proyectos, lesiones o daños a terceros, accidental o intencionalmente, o daños morales o financieros. Cualquier experimento citados cuando es realizada por menores de edad siempre deben tener supervisión de un adulto. Cada se ha tenido cuidado de que el material utilizado es fácil de encontrar en momento de la edición del libro, pero los cambios tecnológicos son muy rápidos, lo que nos lleva a no tomar responsabilidad por ninguna dificultad en la obtención de componentes para los experimentos.
© Newton c. Braga
CURSO DE ELECTRÓNICA – V2 - ELECTRÓNICA ANALÓGICA
ISBN: 978-85-9568-050-0
“Reservados todos os direitos. Salvo exceção prevista pela lei, não é permitida a reprodução total ou parcial desta obra, nem a sua incorporação a um sistema informático, nem a sua transmissão em qualquer forma ou por qualquer meio (eletrónico, mecânico, fotocopia, gravação ou outros) sem autorização prévia e por escrito dos titulares do copyright. A infração de ditos direitos implica sanções legais e pode constituir um delito contra a propriedade intelectual.
Dirija-se a CEDRO (Centro Espanhol de Direitos Reprográficos) se precisa de fotocopiar o digitalizar algum fragmento desta obra (www.conlicencia.com; 91 702 19 70 / 93 272 04 47).”
PRESENTACIÓN
En 1972, ya con experiencia en la enseñanza de la electrónica en cursos, fui contratado por una gran organización de la enseñanza por correspondencia para renovar su curso práctico de electrónica. Terminando este trabajo, fui a trabajar en la editorial Saber en 1976 donde fui a publicar en las páginas de la Revista Saber Electrónica, el primer Curso de Electrónica de Instrucción Programada, una novedad que atrajo la atención de miles de lectores que tuvieron su formación inicial plenamente apoyados en las enseñanzas que hemos puesto a disponibilidad. El éxito de este curso hizo que en varias ocasiones subsecuentes el curso fuera repetido y actualizado en las páginas de la misma revista y en la Revista Electrónica Total. En este intervalo publicamos la primera edición completa de este curso que recibió el nombre básico del Curso Básico de Electrónica y llegó a su quinta edición, siendo posteriormente en 2009 transformado en un libro. Sin embargo, desde la primera edición y el primer curso en la Revista, muchas cosas han cambiado, y aunque se han realizado varias actualizaciones, ha llegado el momento de hacer algo nuevo, adaptado a los nuevos tiempos de la electrónica, en un formato más actual y con contenido que resulta más útil para todos los que desean aprender los fundamentos de la electrónica. De esta manera los contenidos del curso anterior se separaron en dos, Curso Básico de Electrónica (ya publicado – Vol. 1 de la serie) y Curso de Electrónica Analógica (que es este Volumen – Vol. 2), que debe ser complementado con la versión ya existente del Curso de Electrónica Digital. El Curso de Electrónica Digital que debe ser remodelado, tendrá un nuevo enfoque y, en un cuarto volumen, vamos a tener la parte práctica. Así, en esta primera edición del Curso de Electrónica Analógica, abordamos todos los conocimientos de esas ediciones y más información actualizada sobre nuevas tecnologías, Nuevos componentes y Nuevas aplicaciones. La edición original de este curso fue publicada en Brasil en 2016. Podemos decir que este libro, como los demás, puede ser considerado como la plataforma de iniciación ideal para muchos cursos, desde técnicos hasta disciplinas electivas, reciclaje de conocimiento incluso aquellos que desean tener una segunda actividad en electrónica o necesitarlos para su trabajo en el área relacionada.
Introducción
Desde 1976, cuando creamos la primera versión de un Curso Básico de Electrónica que podría servir como una iniciación a aquellos que deseaban tener conocimiento de la electrónica, esta ciencia pasó por grandes transformaciones. Desde el extremo de la válvula hasta el transistor, cuando comenzamos y los primeros circuitos integrados, la electrónica evolucionó hacia la tecnología de integración CIs de alto grado, los FPGAs, los DSPs, microcontroladores, LoRa, WiFi y montajes de superficie. Así, nuestro libro Curso Electrónico, con el primer volumen que se ocupa de la Electrónica Básica y de este segundo de Electrónica Analógica, puede ser considerado un curso actualizado con un propósito poco diferente que el dirigido en el momento de su creación original. La electrónica en nuestros días no es exactamente un fin, donde una vez que es dominada por sí mismo, permite a la gente encontrar una actividad directa que les da ingresos o pueden aspirar a un trabajo. La electrónica hoy en día es un medio para lograr calificaciones en otras áreas como telecomunicaciones, informática, automatización, seguridad, electrónica embarcada y mucho más. Así, nuestro curso es dirigido precisamente a las necesidades de conocimiento que la preparación de estas áreas plantea, tiene un enfoque directo y rápido a los conceptos que, en principio, no requieren conocimiento previo de aquellos que desean aprender.
Lección 1 – En ella estudiaremos la estructura de los materiales semiconductores, ya que sus átomos se unen y cómo estos materiales pueden ser dopados para que sus características se alteren para obtener los componentes modernos. También Veremos cómo trabajamos los diodos semiconductores y sus principales tipos.
Lección 2 – En esta lección Vamos a tomar contacto con los circuitos prácticos con diodos, incluyendo fuentes de alimentación. Veremos cómo funcionan Varios tipos de fuentes, tales como la rectificación, el filtrado y la regulación de la tensión que se obtienen de una fuente.
Lección 3 - La tercera lección se ocupará del más importante de todos los componentes semiconductores que es el transistor bipolar. Analizaremos su estructura, su polarización y los circuitos básicos. También estudiaremos las diferentes familias de transistores en los que podemos confiar para proyectos y aplicaciones. Y otros.
Lección 4 – En esta lección encontraremos las transposiciones en circuitos prácticos. Vamos a ver cómo los transistores pueden ser utilizados como llaves y cómo pueden ser utilizados para amplificar las señales. También nos ocuparemos de los acoplamientos y desacoplamientos de los circuitos transistorizados.
Lección 5 – Esta lección se ocupará de otros dos componentes de la familia de los transistores, los transistores unijuntura y los transistores de efecto de campo. Analizaremos sus configuraciones y sus aplicaciones prácticas.
Lección 6 – Otros componentes importantes obtenidos con el uso de materiales semiconductores que forman junciones son los SCRS y los Triacs. Estos componentes, de la familia de los tiristores, serán estudiados en esta lección. Tendremos sus principales circuitos de aplicación y sus tipos.
Lección 7 – Un tipo de circuito muy importante que se encuentra en muchos proyectos es el que genera señales. Esta lección se encargará precisamente de estos circuitos, que son los circuitos oscilantes. Analizaremos los tipos y cómo se utilizan.
Lección 8 – Una aplicación muy importante de los semiconductores se debe a su capacidad de amplificar las señales. Así, en esta lección Veremos cómo se utilizan los transistores en la amplificación de señales. Los amplificadores de audio y RF se estudiarán en esta lección.
Lección 9 – Además de los componentes estudiados en las lecciones anteriores, hay muchos otros. Algunos de ellos serán estudiados en esta lección, como los Varistores, la válvula Geiger, las células solares y los mostradores de cristal líquido. También trataremos con lámparas de xenón, acopladores y llaves ópticas más allá de la lámpara de xenón.
Lección 10 – Esta lección se encargará de los circuitos integrados. La posibilidad de montar un solo chip de materiales semiconductores conduce a una infinidad de aplicaciones electrónicas. Esta lección mostrará cómo se hace esto y también de los componentes SMD.
Lección 11 – Esta lección se ocupará de circuitos integrados muy importantes en nuestros días. Trataremos con la familia de los amplificadores operacionales y también uno de los circuitos integrados más populares, el timer 555, proporcionando datos para su uso.
Lección 12 - En la última lección de nuestro curso nos ocuparemos de los circuitos integrados utilizados como reguladores de tensión y también de los amplificadores de audio lineal o analógicos que se encuentran en forma de circuitos integrados.
De todos modos, el contenido estudiado se puede considerar como el segundo peldaño de una escalera que conducirá a los interesados a un mundo de conocimientos técnicos capaces de significar su logro profesional y mucho más que eso, la satisfacción personal de dominar las tecnologías más importantes de nuestro tiempo.
Newton C. Braga - 2018
Lección 1 - Materiales Semiconductores y Diodos
Toda la electrónica moderna se basa en los materiales semiconductores. Son sus propiedades que permiten la fabricación de los principales componentes modernos, de los más simples como diodos y transportadores, incluso los más complejos como los circuitos integrados comunes, microprocesadores, micro controladores, DSPs, FPGAs y mucho más. En esta lección Vamos a estudiar estos materiales, sus propiedades eléctricas y cómo se pueden utilizar en la electrónica. La lección se muestra en los siguientes ítems:
1.1 – Estructura y propiedades de materiales semiconductores
1.2 – Juntura PN
1.3 – El diodo semiconductor
1.4 – Tipos de diodos
1.5 – El diodo Zener
1.6 – El Led (Diodo Emisor de Luz)
1.7 – Los fotodiodos
1.8 – Otros tipos de diodo: Schottky, tunnel, varicap, etc.
1.1 – Estructura y propiedades de materiales semiconductores
Como afirmamos en la presentación de esta lección, muchos componentes modernos, como transformadores, circuitos integrados y otros, en los que se basan los sistemas electrónicos modernos, son fabricados a partir de ciertos materiales que exhiben propiedades eléctricas especiales. Estos materiales se llaman semiconductores. Estudiamos en las lecciones del Curso Básico (Volumen anterior de la serie) que hay dos tipos de comportamiento de los materiales en relación con la capacidad de conducir la corriente eléctrica. Hay los materiales a través de los cuales la corriente puede fluir fácilmente, siendo llamados los conductores, y los materiales en los cuales la corriente no puede pasar, denominados aislantes.
Entre los conductores destacamos los metales, los gases ionizados, las soluciones iónicas, etc. Entre los aisladores destacamos el vidrio, el caucho, la mica, los plásticos, etc.
Hay, sin embargo, una tercera categoría de materiales, un grupo intermedio de materiales que no son buenos conductores, porque la corriente tiene dificultad para pasar a través de ellos, pero no son del todo aislantes. En estos materiales, los portadores de carga pueden moverse, pero con cierta dificultad. Estos materiales se llaman "semiconductores".
Entre los materiales semiconductores más importantes, que presentan estas propiedades, destacamos los elementos químicos silicio (Si), germanio (Ge) y el Selenio (Se). En una gama de capacidades para conducir la corriente, estarían en posiciones intermedias, como se muestra en la figura 1.
Durante algún tiempo, muchos componentes electrónicos se hicieron exclusivamente de germanio, caso de los primeros transistores, pero entonces el silicio prácticamente asumió el control de la tecnología electrónica y, hoy en día algunos otros materiales comienzan a aparecer en aplicaciones Importante como el Galio (GA), el indio (In), y Varias aleaciones que incluyen el uso de estos materiales juntos.
Superconductores
En el curso básico hablamos de un tipo especial de conductor que, a muy bajas temperaturas, pierde totalmente la resistencia. Estos materiales, que en las temperaturas comunes presentan cierta resistencia, pasan a tener una resistencia nula, convirtiéndose de tal modo en superconductores.
Semiconductores orgánicos
Es posible, a través de tecnologías especiales, crear moléculas orgánicas (basadas en carbono) que presenten propiedades eléctricas de semiconductores. Los primeros componentes electrónicos basados en esta tecnología comienzan a aparecer en algunas aplicaciones, como los sensores.
En la figura A, Tenemos un Molécula orgánica que se comporte como un semiconductor N
Figura A – Molécula orgánica desarrollada en la Universidad de Stanford y se comportó como un semiconductor N.
Para que entendamos el comportamiento de estos materiales, será interesante analizar la forma en que los átomos están dispuestos en estos materiales. En el germanio y en el silicio, los átomos poseen 4 electrones en su última capa para que, cuando forman una Estructura, estos átomos tengan la forma en que pueden ser vistos haciendo clic en la figura 2.
Figura 2 – La estructura cristalina del silicio y del germanio
Es una Estructura cristalina en la que se mantiene la disposición a lo largo del cuerpo, dotada de propiedades especiales.
Para aquellos que han estudiado la química de una manera algo más avanzada, esta Estructura muestra que el equilibrio se logra. De hecho, la tendencia de los átomos en una estructura es la junción de tal manera que en la última capa siempre tenemos ocho electrones. Así, en forma de cristal, como lo que Vimos, tanto el germanio como el silicio pueden compartir los electrones de las últimas capas de átomos Vecinos, por lo que siempre tendremos 8 electrones alrededor de cada núcleo, como puede Ver el lector haciendo clic en la figura 3.
Figura 3 – Los átomos comparten electrones para que cada uno permanezca con su capa externa completa.
Este reparto hace que la estructura obtenida sea muy estable, y los electrones tan firmemente atrapados en los puntos en los que deben permanecer que su movilidad se reduce a través del material.
Como los electrones son portadores de carga, la dificultad que encuentran en la mudanza a través de los átomos de esta estructura dificulta el paso de cualquier corriente eléctrica. Esto causa la resistividad de materiales semiconductores puros, como el silicio o el germanio, es muy alta.
En su forma pura ningún material semiconductor, como el silicio y el germanio, encuentran aplicaciones prácticas en la electrónica, pero la situación cambia si añadimos ciertas "impurezas" a estés materiales.
Estas impurezas consisten en las sustancias cuyos átomos tienen en su última capa un número de electrones con excepción de 4. Y para que se obtenga el efecto deseado, la adición de estas impurezas se hace en una cantidad extremadamente pequeña del orden de pocas partes por millón o p.p.m. Entonces tenemos dos posibilidades de agregar impurezas a los materiales semiconductores:
Elementos cuyos átomos poseen 5 electrones en la última capa (capa Valencia). Estos elementos se denominan pentavalentes.
Elementos cuyos átomos poseen 3 electrones en la última capa (capa Valencia). Estos elementos se denominan trivalentes.
El primer caso se puede Ver en la figura 4. Se trata del elemento arsénico (As) que tiene 5 electrones en su última capa. Supongamos que formamos una Estructura en la que cada átomo de arsénico está rodeado de átomos de germanio (o silicio).
Figura 4 – Obteniendo un material tipo N
Como los átomos vecinos sólo pueden compartir 8 electrones en la forma que se muestra en la figura, sigue habiendo un electrón en el lugar donde hay un átomo con 5 electrones. Este electrón restante es movilidad, y puede moverse a través del material. El electrón puede saltar de átomo a átomo, moviéndose a través de la Estructura.
Esta movilidad permite su uso como "portador" de cargas, es decir, un agente que permite la circulación de corrientes.
Así, en los materiales dopados con estos átomos, la resistividad es menor y tienen mayor capacidad para llevar a cabo la corriente. Como los portadores de la carga son electrones (negativos) decimos que es un tipo N (negativo) material del semiconductor.
En la segunda posibilidad, agregamos una impureza que tiene átomos dotados de 3 electrones en la última capa, como el indio (In), luego obteniendo una estructura como el lector puede ver en la figura 5.
Figura 5 – Estructura de un material P, dopado con indio (In)
Ver entonces que en la localización del átomo dopante (In) no hay 8 electrones que se compartirán, pero solamente 7. Entonces hay una vacante o "hueco" que podría ser llenada por los electrones.
Este hueco tiene una propiedad importante. Puede recibir electrones que se mueven a través del material. Los electrones, que se mueven a través del material, pueden "saltar" en estos huecos, moviéndose a través de él. En otras palabras, la presencia del hueco facilita el movimiento de cargas a través del material, también disminuyendo su resistividad.
Como los portadores de carga, en este caso, son los huecos, es decir, la falta de electrones, que podrían asociarse a una carga positiva, como prevalece en este lugar, se dice que el material semiconductor así obtenido es de tipo P (positivo).
Podemos elaborar materiales semiconductores tanto de tipo P como tipo N, utilizando elementos como silicio, germanio y Varios otros, con extensas aplicaciones en electrónica. Sólo dopaje estos materiales como los elementos trivalentes o pentavalentes que estudiamos.
1.2 – Juntura PN
Cuando combinamos dos materiales semiconductores de diferentes tipos, P y N, se forma entre ellos una junción o juntura que tiene importantes propiedades eléctricas. De hecho, son las propiedades de las junciones de semiconductores que permiten fabricar todos los dispositivos semiconductores modernos, del diodo, pasando por el transistor al circuito integrado.
La junción semiconductora es parte integral de dispositivos tales como los SCRs, Triacs, LEDS, MOSFETS, y muchos otros. Por esta razón, entender su comportamiento eléctrico es vital para cualquiera que desee profundizar el conocimiento de la electrónica. Si no sabemos cómo funcionan estas funciones, no seremos capaces de entender cómo funciona cualquier dispositivo semiconductor que los utilice. Para entender cómo funciona la conexión, Vamos a dejar dos piezas de materiales semiconductores, una P y otra N, que se unen, con el fin de formar una junción, como se muestra en la figura 6.
Figura 6 – Obteniendo de junción PN
En el sitio de la junción, los electrones que están en exceso en el material N se mueven hasta el material P, luego buscando huecos, donde se fijan.
El resultado es que tenemos electrones neutralizando huecos, es decir, en esta región no tenemos más material ni N ni P, sino un material neutro. Sin embargo, mientras se produce la neutralización, se manifiesta una pequeña tensión eléctrica entre las dos regiones de material semiconductor. Esta tensión, que aparece en la junción, consiste en una verdadera barrera que debe ser superada para que podamos circular cualquier corriente entre los dos materiales. Como sugiere el fenómeno, el nombre dado es "barrera de potencial", como se muestra en la figura 7.
Figura 7 – La barrera de potencial
Esta barrera tiene un valor que depende de la naturaleza del material semiconductor utilizado, el orden de 0,2 V para el germanio y 0,6 V para el silicio. La Estructura indicada, con dos materiales semiconductores, P y N, forman un componente que cuenta con importantes propiedades eléctricas y que llamamos "diodo semiconductor", o simplemente "diodo". Él es el que estamos tratando el siguiente tema.
1.3 – El diodo semiconductor
Para hacer una corriente eléctrica circular a través de una estructura, como la que se estudió en el ítem anterior, con dos materiales P y N formando una junción, hay dos posibilidades, o dos sentidos posibles: la corriente puede fluir desde el material P hasta la N, o viceversa.
En la práctica, veremos que a diferencia de los cuerpos comunes que conducen la electricidad, la corriente no se comporta de la misma manera en ambas direcciones.
La presencia de la conexión causa un comportamiento totalmente diferente para manifestarse en cada caso. Entonces asumiremos inicialmente que una batería está conectada a la Estructura formada por los dos pedazos de material del semiconductor que forman la conexión, es decir la estructura del PN.
El material P está conectado al polo positivo de la batería, mientras que el material N está conectado al polo negativo. Entonces hay una repulsión entre las cargas que causan los portadores del material P, es decir, los huecos se mueven hacia la conexión, mientras que los portadores de la carga del material N, que son los electrones libres, se desvían del polo de la batería que es empujado hacia la conexión.
Los portadores positivos de la carga (huecos) y los negativos (electrones) están en la región de la conexión donde, porque tienen diversas polaridades recombinar y se neutralizan. La recombinación de estas cargas, "empujada" por la batería, abre camino para que se empujen nuevas cargas a esta región, formando así un flujo constante.
Este flujo, nada más es que una corriente eléctrica que puede fluir libremente a través del componente, sin encontrar mucha resistencia u oposición. Decimos, en estas condiciones, que el componente, este polarizado en la dirección directa, como se muestra en la figura 8.
Figura 8 – Conexión polarizada en la dirección directa.
Este componente, llamado "diodo", como hemos visto, permite el paso actual sin oposición cuando se polariza en la dirección directa.
Por otro lado, si reinvertimos la polaridad de la batería en relación con los trozos de material semiconductor de esta estructura, el fenómeno que se manifiesta es diferente. Los portadores del material N se sienten atraídos por el polo positivo del generador alejándose de la región de la conexión. La polarización inversa se puede Ver en la figura 9.
Figura 9 – Conexión polarizada en la dirección inversa
De manera similar, los portadores del material P también se alejan de la conexión, lo que significa que tenemos una "ampliación de la conexión", con un aumento de la barrera potencial que impide la circulación de cualquier corriente eléctrica. La Estructura polarizada de esta manera, es decir, polarizada en la dirección inversa, no permite que el corriente pase.
En la práctica, una pequeña corriente del orden de las millonésimas de ampères puede circular incluso cuando el diodo está polarizado en la dirección inversa. Esta corriente " de fuga" es debido al hecho de que el calor ambiente agita los átomos del material de una manera tal que, uno u otro portador de carga pueda ser lanzado, transportando la corriente de esa manera.
Como la intensidad de esta corriente varía con la temperatura, una estructura de este tipo, es decir, un diodo, también se puede utilizar como un sensor de temperatura excelente. Termómetros electrónicos, sensores de calor que conectan un ventilador cuando un componente se calienta son basados en esta propiedad de los diodos semiconductores.
Ver entonces que una estructura simple PN del Silicio o del Germanio da lugar ya a un componente electrónico importante que es el diodo. En la figura 10 el lector tendrá la estructura y el símbolo utilizado para representar el componente que se asemeja a una "flecha" que indica la dirección de la corriente.
Figura 10 – Símbolo, Estructura y aspectos de los principales tipos de diodos
En la misma figura tenemos los aspectos de estos componentes, cuyo tamaño depende de la intensidad de la corriente que puede controlar o accionar y también la tensión máxima que puede manifestarse entre sus terminales. Ver que hay una banda o anillo en algunos tipos de diodos, indicando el lado del cátodo, es decir, el lado del material N.
El diodo semiconductor se puede polarizar de dos maneras, como verá el lector en la figura 11.
Figura 11 – Polarización directa y polarización inversa de un diodo.
Si el diodo está polarizado como se muestra en la figura (a), con el polo positivo de la batería u otra fuente de energía en su ánodo, la corriente puede fluir fácilmente, ya que el diodo presenta una resistencia muy baja. Decimos que el diodo está polarizado en la dirección directa.
Si la polarización se hace como se muestra en la misma figura (b), entonces ninguna corriente puede circular. Decimos que el diodo está polarizado en la dirección inversa.
Es muy común que se realice la comparación de un diodo semiconductor con una "válvula de retención hidráulica", como se muestra en la figura 12.
Figura 12 – La válvula de retención hidráulica funciona como diodo
Si el agua se fuerza a circular en una dirección (directa), la válvula se abre, permitiendo que pase libremente. Sin embargo, si el agua es forzada en la dirección opuesta (inversa), la válvula permanece cerrada y el agua no puede circular.
Analogías
Muchos componentes electrónicos se pueden analizar de una manera más simple de entender, si hacemos comparados con análogos (similares) como los hidráulicos y los neumáticos. Por lo tanto, los fluidos, como el agua o un gas, hacen que la corriente eléctrica en estos dispositivos que funcionan de una forma similar.
Por estas propiedades, se puede utilizar un diodo semiconductor en muchas aplicaciones electrónicas importantes, muchas de las cuales tendremos la oportunidad de ver en este curso.
Observe, aunque, debido al hecho de que necesitamos superar la barrera potencial de 0,2 V para diodos de germanio, y 0,6 V para diodos de silicio, cuando se produce la conducción, aparece en el componente siempre esta tensión, independientemente de la intensidad de la corriente que está circulando a través de ella, como se puede ver en la figura 13.
Figura 13 – Caída de tensión en un diodo
De hecho, como la resistencia del diodo es muy baja, en su condición de conducción de corriente completa, si no hay ningún componente que limite esa corriente en el circuito, el diodo corre el riesgo de "quemar", por lo tanto, hay un valor máximo para la intensidad de la corriente que puede conducir.
De manera similar, también hay un límite a la tensión máxima que podemos aplicar en un diodo para polarizarlo en la dirección inversa.
Llega un punto donde, incluso revesa polarizado, la barrera de potencia ya no puede contener el flujo de cargas "rompiendo" con la cocción del componente.
Los diodos comunes entonces se especifican según la corriente máxima que puede conducir en la dirección directa, abreviada por If (O f viene de forward que en inglés significa directo), y por la tensión máxima que puede soportar en la dirección inversa, abreviado por Vr (O r viene de reverse que, en inglés, significa inversa). Como veremos más adelante, hay algunos tipos de diodos especiales que pueden funcionar polarizados en la dirección inversa y que cuentan con características muy interesantes para la electrónica.
1.4 – Tipos de diodos
A medida que estudiamos, el material semiconductor utilizado en la formación de junturas puede ser el germanio como el silicio. Así que tenemos los diodos de germanio como de silicio. Y, en estos grupos, los tipos todavía pueden tener propósitos diferentes, por lo que se construyen de manera diferente. Analizamos algunos tipos de diodos.
1.4.1 - Diodos de Germanio
En la figura 14 tenemos la Estructura interna de un diodo de germanio, no muy utilizado hoy en día, pero todavía se encuentra en algunos equipos y aplicaciones especiales.
Figura 14 – Un diodo de germanio
Este tipo de diodo se utiliza en circuitos que operan con corrientes muy débiles, pero tiene la ventaja de poder operar con variaciones muy rápidas de corrientes, es decir, con señales de alta frecuencia. Por lo tanto, se utiliza principalmente en la detección de señales de radio. Los tipos bien conocidos son los 1N34, 1N60, OA79, etc.
Ver que la especificación de los diodos se hace según una codificación. Para los diodos con "nomenclatura americana", tenemos la sigla 1N, mientras que para los tipos que siguen la nomenclatura europea tenemos las siglas OA o BA.
De hecho, todos los semiconductores tienen códigos de identificación internacionalmente aprobados como los que damos a continuación.
1.4.2 - Código Pro-electrón
Este código se utiliza en la identificación de semiconductores que se adoptan principalmente en Europa. El código consta de dos o tres letras, seguida de un número de serie (sufijo) con el siguiente significado:
La primera letra indica el material, según la siguiente tabla:
La segunda letra indica la aplicación del dispositivo según la siguiente tabla:
A: Diodo del RF
B: Varicap
C: Transistor, AF, pequeñas señales
D: Transistor, AF, potencia
E: Diodo Tunnel
F: Transistor, HF, pequeña señal
K: Dispositivo de efecto Hall
L: Transistor, HF, potencia
N: Acoplamiento óptico:
P: Dispositivo sensible a la radiación
Q: Dispositivo que produce radiación
R: Tiristor, Baja potencia
T: Tiristor, Potencia
U: Transistor, potencia, conmutación
Y: Rectificador
Z: Zener, o diodo del regulador de tensión
La tercera letra indica que el dispositivo está indicado para aplicaciones industriales o profesionales, así como comerciales. El sufijo es generalmente W, X, Y, o Z. El número de serie va de 100 a 9999. Un sufijo adicional determina típicamente el rango de ganancia, como en las normas JEDEC.
Ejemplos
BC548A – Transistor de silicio de baja potencia
BAW68 – diodo para aplicaciones profesionales en RF
BD135 – transistor del silicio de la energía
BF494 – transistor de silicio de baja potencia para RF
En el ejemplo BC548A, la A indica una característica adicional dentro del mismo grupo. Por ejemplo, la ganancia. veremos qué significa eso en las próximas elecciones.
1.4.3 - Diodos de Silicio de Uso General
Se trata de diodos de silicio fabricados para trabajar con corrientes de pequeña y mediana intensidad, del orden máximo 200 mA, y tensiones que no van mucho más allá del 100 V. Se utilizan en circuitos protectores, circuitos lógicos, polarización, caída de tensión, referencia, etc. En la figura 15 mostramos el diodo 1N4148 es uno de los más comunes en esta serie.
Figura 15 – Un diodo 1N4148
1.4.4 - Diodos Rectificadores de Silicio
Son diodos destinados a la conducción de corrientes intensas, llevando también altas tensiones que pueden superar los 1 000 V.
Una serie muy usada de diodos de los rectificadores es el 1N400x donde el x puede ir a partir del 1 a 7. Son diodos de 1 A, muy usados en la ratificación de corrientes alternadas en fuentes de alimentación. Las características de estos diodos son:
1N4001 – 50 V
1N4002 – 100 V
1N4003 – 200 V
1N4004 – 400 V
1N4005 – 600 V
1N4006 – 800 V
1N4007 – 1000 V
Es muy común utilizar el 1N4002 en fuentes de hasta 20 V, el 1N4004 en circuitos conectados en la red de 110/127 V, y el 1N4006 o 1N4007 en las redes de 220 V.
Cuando se utiliza este diodo se da un buen margen de seguridad. Además, hay otros que realizan importantes funciones en circuitos electrónicos y se analizan a tiempo.
Ver que las tensiones indicadas en la tabla son las tensiones máximas, no RMS. así, en la red de 110 V, por ejemplo, como estudiamos en el Curso Básico, el pico puede superar el 150 V, por lo tanto, utilizar el 1N4003, preferiblemente el 1N4004, y nunca el 1N4002.
En aplicaciones donde la corriente es muy alta, como maquinaria industrial, vehículos eléctricos, etc., podemos encontrar diodos con capacidades de corriente de centenas o miles de ampères, como los de la figura A.
Figura A – Diodos de alta corriente
1.5 – El diodo Zener
De acuerdo con que estudiamos, hay un límite a la tensión que se puede aplicar en la dirección inversa en un diodo común. Cuando la tensión excede este valor, varía de tipo a tipo de diodo, la juntura "rompe", haciéndolo conductor y, con esto, llevando una corriente intensa. La corriente atraviesa sin encontrar más obstáculos.
Para los diodos comunes, esta interrupción en el sentido inverso significa la quema del componente. La corriente fuerte termina causando la pérdida de las propiedades de los materiales semiconductores que forman su estructura.
Sin embargo, hay diodos que están diseñados para soportar la corriente en dirección inversa hasta cierto punto, incluso cuando la tensión inversa se supera. Estos componentes son de gran importancia para la electrónica moderna. En la figura 16 tenemos una curva que muestra la característica de un diodo común, y también puede servir para que podamos introducir un nuevo tipo de componente: el diodo Zener.
Advertimos a los lectores que siempre es bueno saber "interpretar" gráficos como el dado en la figura 16, ya que este es uno de los primeros diferentes de una recta (Ver resistor) que vamos a explorar de una manera algo más detallada en nuestro curso, Vamos a ver lo que dice. El gráfico, por ejemplo, muestra que el diodo sólo comienza a conducir cuando se alcanza el tensión V1, cuando la corriente en el diodo comienza a aumentar intensamente (la curva sube), pero la tensión prácticamente no varía (porque la curva es prácticamente perpendicular al eje V. Por otro lado, en el tercer cuadrante (III), tenemos el punto donde se produce la ruptura inversa (VP), cuando la corriente puede aumentar mucho en la dirección inversa (la recta es vertical, perpendicular al eje V en este ponto VP).
Figura 16 – Curva característica de un diodo común
Vea entonces que, cuando se produce una ruptura en la dirección inversa, tanto como la corriente aumenta, la tensión en el diodo permanece fija, en el valor VP, que a partir de ahora se denominará Vz o tensión Zener.
Esto significa que si tenemos un diodo que puede trabajar en este punto de la curva característica sin quemar, será capaz de mantener la tensión en un circuito independientemente de la corriente, es decir, puede funcionar como un regulador de tensión. En la figura 17 tenemos el símbolo adoptado para representar este tipo de componente, que se llama "diodo Zener", así como los aspectos de los tipos más comunes.
Figura 17 – Símbolo del diodo Zener y aspectos
Los diodos Zener pueden cumplir una función muy importante en los circuitos, regulando la tensión de las fuentes de alimentación, y están presentes en muchas aplicaciones en las que se necesita un tensión fijo. Los diodos Zener con tensiones entre 2 y 200 volts se pueden encontrar en aparatos electrónicos comunes.
En la figura 18 tenemos el modo típico de usar un diodo Zener.
Figura 18 – Circuito de aplicación de un diodo Zener
Ver que, en primer lugar, trabaja polarizado en la dirección inversa, es decir, su cátodo va al punto positivo del circuito. El circuito, que debe tener la tensión estabilizada, está conectado en paralelo con el diodo Zener.
El resistor R en este circuito tiene la función importante de limitar la corriente en el diodo Zener, porque si sobrepasa un valor determinado por su capacidad de la disipación, puede quemarse, el valor máximo de la corriente depende de la energía del Zener, y se puede calcular fácilmente en cada aplicación. Así, recordando que la potencia en un circuito es dada por el producto de tensión por la corriente, si disponemos de un diodo Zener de 2 V, cuya máxima disipación es de 1 W, es fácil calcular la corriente máxima para la potencia indicada:
Para un diodo de 4 V la corriente máxima será menor:
Esta corriente máxima determina el valor del resistor que debe conectarse en serie con el diodo Zener, en una aplicación normal.
1.5.1 - Nomenclatura de los diodos Zener
Los diodos Zener siguen la misma nomenclatura de los otros diodos. Así, para los tipos americanos tenemos la serie 1N, cuyos principales tipos se dan en la tabla de abajo.
Potencia (Watts)
Tensión
0.25
0.4
0.5
1.0
1.5
5.0
10.0
1.8
1N4614
2.0
1N4615
2.2
1N4616
2.4
1N4617
1N4370
2.7
1N4618
1N4370
3.0
1N4619
1N4372
1N5987
3.3
1N4620
1N5518
1N5988
1N4728
1N5913
1N5333
3.6
1N4621
1N5519
1N5989
1N4729
1N5914
1N5334
3.9
1N4622
1N5520
1N5844
1N4730
1N5915
1N5335
1N3993
4.7
1N4624
1N5522
1N5846
1N4732
1N5917
1N5337
1N3995
5.6
1N4626
1N5524
1N5848
1N4734
1N5919
1N5339
1N3997
6.2
1N4627
1N5525
1N5850
1N4735
1N5341
7.5
1N4100
1N5527
1N5997
1N4737
1N3786
1N5343
1N4000
10.0
1N4104
1N5531
1N6000
1N4740
1N3789
1N5347
1N2974
12.0
1N4106
1N5532
1N6002
1N4742
1N3791
1N5349
1N2976
14.0
1N4108
1N5534
1N5860
1N5351
1N2978
16.0
1N4110
1N5536
1N5862
1N4745
1N3794
1N5353
1N2980
20
1N4114
1N5540
1N5866
1N4747
1N3796
1N5357
1N2984
24
1N4116
1N5542
1N6009
1N4749
1N3798
1N5359
1N2986
28
1N4119
1N5544
1N5871
1N5362
60
1N4128
1N5264
1N5371
100
1N4135
1N985
1N4764
1N3813
1N5378
1N3005
120
1N987
1N6026
1N3046
1N5951
1N5380
1N3008
Otra serie de diodos, que emplea mucho en proyectos comerciales, es la BZX79C, formada por diodos de 400 mW. En esta serie la tensión del diodo se indica en el tipo sí mismo.
Así, el BZX79C2V1 corresponde a un diodo de 2,1 V, porque 2V1 indica la tensión, con el V que substituye el punto decimal. El BZX79C12V, por ejemplo, es un diodo de 12 V. esta serie utiliza la nomenclatura europea, Pro-electrón que hemos estudiado en el caso de los diodos comunes.
1.6 – El LED (Diodo Emisor de luz)
La observación de que, cuando un diodo conduce la corriente en la dirección directa, ocurre la emisión de la radiación infrarroja (luz invisible), es muy vieja.
Sin embargo, en un diodo común la intensidad de la emisión es muy pequeña.
Este efecto se puede lograr con mayor intensidad y alterado de modo que la emisión ocurra en otros rangos del espectro, obteniendo así emisores de componentes de radiación infrarroja, luz visible e incluso ultravioleta. A continuación, tenemos componentes cuya Estructura básica es la misma que un diodo común, pero que están hechos de materiales como el Arseniuro de Galio (GaAs) y otras variaciones como el Arseniuro de Galio con Indio (GaAsin), siendo llamado “light emitting diodes” o "diodos emisores de luz" cuya abreviatura del término inglés resulta en LED."
Los diodos emisores de luz o LEDS pueden producir una luz increíblemente pura, ya que la emisión se produce mediante un proceso de transferencia de energía entre electrones, que se encuentran en órbitas definidas en átomos, su frecuencia es única. Este es un proceso similar a lo que sucede con el láser, por lo que podemos considerar los LEDS relacionados con los láseres semiconductores. Luego veremos cómo funcionan los láseres semiconductores.
Así, a diferencia de la luz blanca que se forma mezclando todos los colores, la luz emitida por un LED es de color único. Se trata de una fuente de luz monocromática, como se muestra en los espectros de emisión que el lector puede ver en la figura 19.
Figura 19 – Las curvas de emisión estrecha de los LEDS
Los primeros LEDS colocados en el comercio operaron en el rango infrarrojo, emitiendo una luz que no podemos ver. Actualmente, tenemos LEDS emitiendo luz en el espectro visible, acercándonos ya al extremo del espectro cerca del ultravioleta. Los LEDS de color rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul e incluso violeta son ya comunes. En la figura 20 podemos observar el aspecto y el símbolo utilizado para representar un LED común.
Figura 20 – LEDS – aspectos y símbolo
Muchos fabricantes muestran varios LEDs en los involucros únicos, formando las barras, los paneles, o aún cuadros. Son los displays de LED. En la figura 21 tenemos ejemplos de estas pantallas.
Figura 21 – Display de LEDs
Como la combinación de estos colores puede resultar en luz blanca, hay LEDS que combinan tres chips diferentes internamente, en los colores básicos y cuando se encienden, producen luz blanca de alta intensidad.
Hay una tendencia actualmente en marcha para obtener LEDS con alto rendimiento, capaz de reemplazar las lámparas comunes en muchas aplicaciones que implican la iluminación, no sólo señalización o indicación, ya que hasta entonces se produjo con los LEDS comunes.
Estos LEDS se llaman "alto brillo" y empiezan a reemplazar las lámparas comunes en muchas aplicaciones. Hoy tenemos una bombilla LED que sustituye con una ventaja con una lámpara incandescente común, por su rendimiento y durabilidad.
1.6.1 – TV de LEDS
Los puntos de imagen de un televisor analógico tradicional operan por el impacto de los electrones en los materiales fosforescentes en los colores básicos RGB (Ver otros componentes de la TRC). Podemos conseguir una imagen equivalente de la TV usando para los puntos de la imagen de los LED en estos colores.
Por supuesto, necesitaremos millones de ellos, uno para cada punto de imagen de cada color, pero la tecnología actual logra fabricar estas pantallas como se muestra en la figura 22.
Figura 22 – Un televisor / monitor de LEDs
Hay millones de LEDS montados sobre un panel formando grupos de 3 (RGB), uno para cada punto de imagen, como se muestra en la misma figura.
La Ventaja del uso de los LEDS en este tipo de display es que presentan un rendimiento muy alto, que lleva el televisor o el monitor a un bajo consumo, y sus paneles son planos, ocupando mucho menos espacio.
La excitación de los LEDS para producir la imagen, sin embargo, debe hacerse en forma digital, a través de circuitos completamente diferentes de televisores y monitores que utilizan cinescopios.
1.6.2 – Uso de LEDs
Para saber cómo utilizar un LED usted necesita conocer sus características eléctricas, y esto se puede lograr fácilmente a partir de su curva característica que se puede observar en la Figura 23.
Figura 23 – la curva característica de un LED es la misma que un diodo
Por esta curva, tenemos varias informaciones importantes. El primero de ellos nos muestra que el punto VF, es decir, el instante en que el LED comienza a accionar la corriente corresponde a una tensión mayor que la obtenida en los diodos comunes de silicio o germanio. Esta tensión depende del tipo de LED considerado. Así, para un LED rojo e infrarrojo esta tensión es de aproximadamente 1.6 V, ascendiendo a 2,1 V en un LED amarillo y alcanzando más de 2,7 V para LEDs verdes, azules y blancos. Esto significa que necesitamos una tensión con al menos ese valor, por lo que el LED "ascienda" porque necesita conducir en la dirección correcta para esto. Por otro lado, vemos que la tensión inversa de la ruptura (VR) es de alrededor de 5 V. Esto significa que los LEDS nunca pueden ser polarizados en la dirección inversa con más de 5 V, ya que esto puede causar que se queme. Otro dato importante que se obtiene de la curva característica del LED es que, desde la conducción en dirección directa, la corriente aumenta casi en una vertical, lo que significa que, comenzando a conducir, la resistencia del LED cae a un valor muy bajo. Esto significa que, si no hay manera de limitar la corriente en este componente, aumenta rápidamente por capaz de superar tanto como soporta, causando su combustión.
Para LEDS comunes esta corriente es del orden de 50 mA o más (depende del tamaño del LED), pero hay tipos de alta intensidad en los que es mucho más grande. En cualquier forma, el lector debe recordar que el LED es un componente frágil, especialmente la potencia más pequeña.
Veremos en el volumen práctico de este curso que se ocupa de la parte práctica de cómo utilizar resistores para limitar la corriente en un LED, utilizando este componente con seguridad. Nunca debemos conectar un LED directamente a ninguna fuente de tensión (baterías, fuentes, baterías, etc.) sin un resistor para limitar la corriente, ya que no hay limitación para la corriente vamos a tener su quema inmediata. Los LEDS comunes son indicados por los códigos, así como en la mayoría de los casos, apenas saben el color y tienen una idea de la corriente por su tamaño. En las aplicaciones más críticas, debe buscar las especificaciones con el fabricante.
1.7 – Los fotodiodos
Como hemos estudiado, una pequeña corriente puede fluir a través de un diodo cuando está polarizado en la dirección inversa debido a la liberación de portadores de carga por temperatura. La elevación de la temperatura causa una "agitación" de los átomos y esto puede causar que los portadores sean lanzados.
Sin embargo, hay otro tipo de influencia externa que puede causar la liberación de los portadores de carga, y que permite el uso de los diodos de manera diferente, a diferencia de la que hemos visto hasta ahora.
Si la luz puede llegar a la junción de un diodo polarizado en la dirección inversa, como se sugiere en la figura 24, los portadores de carga pueden ser liberados.
Figura 24 – La luz puede liberar a los portadores de carga
El resultado de esto es que la corriente de circulación ya no dependerá sólo de la temperatura, sino también de la cantidad de luz o intensidad de la luz que se centra en este empalme. Con esto, podemos elaborar componentes llamados "fotodiodos", que el lector puede ver en la figura 25, en la que expone deliberadamente a través de una ventana o envoltorio transparente, la junción a la luz exterior, con el fin de obtener una corriente proporcional a su intensidad.
Figura 25 - Fotodiodos – símbolo y aspectos
Los fotodiodos comunes se caracterizan por su sensibilidad y la velocidad con la que pueden responder a cualquier variación en la intensidad de la luz. Esto hace que se utilicen en la lectura de códigos de barras, tarjetas perforadas, alarmas, o incluso para la recepción de luz modulada como ocurre en un sistema de control remoto.
El transmisor de control remoto emite el código en un radio de luz infrarroja, y el fotodiodo colocado junto al televisor, DVD o equipo de sonido, recibe esta luz, permitiendo la extracción de información que se traduzca en un comando.
En la figura 26 tenemos una característica de sensibilidad de un fotodiodo, donde vemos que estos componentes pueden "Ver" formas de radiación que nuestros ojos no perciben, es decir, por debajo del rojo y por encima de la violeta.
Figura 26 – Característica del fotodiodo y del ojo humano
1.7.1 - Uso de los Fotodiodos
Además de las alarmas, los mandos a distancia y otras aplicaciones que citamos, los fotodiodos pueden ejercer muchos otros, por lo tanto, encontrados en un gran número de aplicaciones prácticas. Además de lo indicado, contamos con los indicadores de posiciones o codificadores de maquinaria industrial, detectores de radiación y más.
1.8 – Otros tipos de diodos: Schottky, tunnel, varicap, etc.
Además de los diodos que estudiamos hay algunos otros tipos que son muy importantes en aplicaciones prácticas, entre ellas destacamos:
Varicap
Cuando polarizamos un diodo común en la dirección inversa, como se muestra en la figura 27, los portadores de carga se alejan de la junción, disminuyendo la intensidad del fenómeno de recombinación por la conducción, responsable por la conducción del componente: no hay corriente entre el ánodo y el cátodo y la región de la junción aumenta de espesura.
Figura 27 – Polarización de un diodo en la dirección inversa
Los portadores de carga acumulados en el material y separados por una región aislante forman una estructura muy similar a la de un capacitor común: el lugar donde las cargas son acumuladas corresponden a la armadura del capacitor y la región en la que no tenemos la conducción, alrededor de la junción corresponde al dieléctrico. En un capacitor común, la capacitancia obtenida depende de 3 factores:
a) tamaño de la armadura, es decir, su superficie efectiva.
b) distancia de separación entre la armadura
c) material que se hace de dieléctrico (constante dieléctrica).
En un diodo polarizado en la dirección inversa, la capacitancia presentada dependerá entonces del tamaño del material semiconductor usado (armaduras), de la separación entre las regiones donde se acumulen las cargas y de la constante dieléctrica del material semiconductor utilizado (silicio), como se muestra en la figura 28.
Figura 28 – La capacitancia de un capacitor
En los capacitores comunes, todos estos factores son fijos y en un capacitor variable podemos alterar la distancia de separación entre las armaduras, o incluso su superficie eficaz.
En un diodo, sin embargo, hay un factor que puede ser alterado de una acción externa que es la distancia entre la armadura.
Como en realidad, las armaduras de este capacitor "ficticio" que existen en el diodo se forman por los portadores de carga capaces de moverse dentro del material, podemos empujarlos lejos o acercarlos por la acción de un campo eléctrico, es decir aplicando una tensión externa.
Si el diodo está apagado (tensión nula entre el ánodo y el cátodo), los portadores de la armadura están atrayendo y sólo si no se recombinan completamente, porque hay una barrera potencial en el cruce. Su distancia es entonces mínima y la capacitancia presentada por el componente es máxima, como se indica en la figura 29.
Figura 29 – La capacitancia de una Junción PN
Aplicando una tensión en la dirección inversa, como su valor aumenta, hay una separación gradual de la "armadura", o los portadores de carga, que hace la capacitancia del dispositivo disminuir valor también.
La tensión máxima que el diodo admite en el sentido inverso determina la capacitancia más pequeña que podemos alcanzar del diodo, como se muestra en el gráfico típico de un diodo en la figura 30.
Figura 30 – Variación de la capacitancia con tensión
Los diodos comunes no son apropiados para el uso en un circuito resonante, ya que su rango de variación de capacitancia no es muy grande y, además, los problemas de respuesta pueden ocurrir en frecuencias muy altas.
Sin embargo, utilizando técnicas especiales, los diodos cuyas características que importan en este caso pueden ser construidas, es decir, la capacitancia entre las regiones semiconductoras y la respuesta a las frecuencias altas, a enfatizar, lo que da lugar a una importante familia de componentes: Varicaps o diodos de capacitancia variable. En la figura 31 tenemos los símbolos adoptados para representar a los Varicaps.
Figura 31 - Símbolos de Varicap
Comercialmente, encontramos tipos que pueden tener rangos de capacitancia que van desde valores relativamente pequeños a la operación en FM, VHF y UHF, hasta diodos de alta capacitancia, en condiciones de ausencia de tensión para operación en frecuencias bajas como, por ejemplo, en la sintonización de receptores AM.
Schottky
Los Diodos Schottky son relativamente nuevos componentes, puesto que fueron utilizados solamente hace unos 35 años. Sin embargo, sus características especiales las hacen ideales para ciertas aplicaciones donde los diodos de junción de silicio no se llevan tan bien como en los circuitos de conmutación rápida o en los circuitos donde una caída de tensión directa debe ser minimizada.
Estos diodos especiales tienen una caída potencial en la dirección directa muy baja y, por lo tanto, cambian más rápidamente, pasando de estado no conductor a la conducción y viceversa muy rápidamente. Estos son los diodos Schottky
Ventajas
Velocidad de conmutación muy rápida
Caída de tensión en dirección directa prácticamente nula (algunos micro Volts)
Desventajas
No soportan altas temperaturas (125°C a 175°C, mucho menos que el 200°C de los diodos comunes del silicio
Dificultad para fabricar con altas tensiones inversas
Tienen un alta corriente de la salida en la dirección opuesta.
Lo que diferencia las características de conducción de los diodos comunes en relación con los Diodos Schottky es la tecnología de fabricación y el material utilizado.
Así, para obtener una barrera de baja conducción hay varias tecnologías que se emplean, determinando otras características de los componentes. En la figura 32 tenemos las curvas características obtenidas para este componente, observando el tensión muy bajo en el cual comienza a conducir cuando está polarizado en la dirección directa.
Figura 32 – Curva característica de un diodo Schottky
Tunnel
El diodo tunnel, tiene características de resistencias negativas que permiten su uso en circuitos similares a los osciladores de relajación con los transistores unijuntura, o las lámparas de neón. Sin embargo, los diodos de tunnel tienen algo más: pueden oscilar en frecuencias superiores a 1 Gigahertz, lo que los hace especialmente indicados para los circuitos de frecuencias ultra altas.
Aunque los diodos tunnel no son componentes comunes, la posibilidad de utilizar estos componentes en proyectos puede ser interesante, cuando el requisito principal es simplicidad en circuitos muy de alta frecuencia.
En la figura 33 tenemos el símbolo comúnmente adoptado para representar el diodo tunnel. Sus características de resistencia negativa vienen del uso de una protuberancia en la capa de depleción, que dota el componente de características de resistencia negativa.
Figura 33 – Símbolo del diodo tunnel
El nombre del componente proviene del hecho de que, a diferencia de los otros semiconductores en los que la resistencia de la barrera de potencial depende, hasta cierto punto, de la tensión aplicada, hay un momento donde estos portadores encuentran un túnel donde pueden pasar fácilmente dando como resultado una curva característica que se muestra en la figura 34.
Figura 34 – Curva característica del diodo tunnel
Así, cuando aplicamos una tensión en la dirección directa el componente se comporta como un diodo común, hasta el momento en que alcanza el punto A. Este punto ocurre con unas pocas decenas de milivolts para los diodos comunes del tunnel y se llama "punto máximo".
Sin embargo, a partir de este momento en que la tensión aumenta, en lugar de la corriente también aumentan disminuye abruptamente al llamado punto del valle que se muestra en B.
En este pasaje entonces tenemos un comportamiento "anormal" para el componente que pasa a tener una resistencia negativa. Recordamos que la resistencia en el gráfico en cuestión es la cotangente del ángulo que la curva característica presenta en el punto apuntado y en este caso tenemos valores negativos para el paso entre A y B.
Desde el punto B, el aumento de la tensión provoca de nuevo el aumento de la corriente, cuando entonces el componente va a presentar un comportamiento similar a otros componentes electrónicos. La característica importante de la resistencia negativa que este componente presenta y que es similar a dos transistores unijuntura y la propia lámpara neón, es que el tunnel que puede ser utilizado en osciladores de relajación e incluso amplificar señales.
