Diodo De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a: navegacin,
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Diodo en primer plano. Ntese la forma cuadrada del cristal
semiconductor (objeto negro de la izquierda).
TipoSemiconductor
Principio de funcionamientoEfecto Edison
Fecha de invencinJohn Ambrose Fleming (1904)
Smbolo electrnico
Configuracinnodo y Ctodo
Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que
permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un
solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al
diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una
pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales
elctricos. El diodo de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto
para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con dos
electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.De forma simplificada,
la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones:
por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un
circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un
circuito cerrado con una resistencia elctrica muy pequea.Debido a
este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que
son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier
seal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en
corriente continua. Su principio de funcionamiento est basado en
los experimentos de Lee De Forest.Los primeros diodos eran vlvulas
o tubos de vaco, tambin llamados vlvulas termoinicas constituidos
por dos electrodos rodeados de vaco en un tubo de cristal, con un
aspecto similar al de las lmparas incandescentes. El invento fue
desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la
empresa Marconi, basndose en observaciones realizadas por Thomas
Alva Edison.Al igual que las lmparas incandescentes, los tubos de
vaco tienen un filamento (el ctodo) a travs del cual circula la
corriente, calentndolo por efecto Joule. El filamento est tratado
con xido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al
vaco circundante los cuales son conducidos electrostticamente hacia
una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el
nodo), producindose as la conduccin. Evidentemente, si el ctodo no
se calienta, no podr ceder electrones. Por esa razn, los circuitos
que utilizaban vlvulas de vaco requeran un tiempo para que las
vlvulas se calentaran antes de poder funcionar y las vlvulas se
quemaban con mucha facilidad.Contenido[ocultar] 1 Historia 2 Diodos
termoinicos y de estado gaseoso 3 Diodo semiconductor 3.1
Polarizacin directa de un diodo 3.2 Polarizacin inversa de un diodo
3.3 Curva caracterstica del diodo 3.4 Modelos matemticos 4 Tipos de
diodo semiconductor 5 Aplicaciones del diodo 6 Referencias 7
Enlaces externos
[editar] Historia
Diodo de vaco, usado comnmente hasta la invencin del diodo
semiconductor, este ltimo tambin llamado diodo slido.Aunque el
diodo semiconductor de estado slido se populariz antes del diodo
termoinico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo.En 1873
Frederick Guthrie descubri el principio de operacin de los diodos
trmicos. Guhtrie descubri que un electroscopio cargado
positivamente podra descargarse al acercarse una pieza de metal
caliente, sin necesidad de que ste lo tocara. No suceda lo mismo
con un electroscopio cargado negativamente, reflejando esto que el
flujo de corriente era posible solamente en una
direccin.Independientemente, el 13 de febrero de 1880 Thomas Edison
re-descubre el principio. A su vez, Edison investigaba por qu los
filamentos de carbn de las bombillas se quemaban al final del
terminal positivo. l haba construido una bombilla con un filamento
adicional y una con una lmina metlica dentro de la lmpara,
elctricamente aislada del filamento. Cuando us este dispositivo, l
confirm que una corriente fluia del filamento incandescente a travs
del vaci a la lmina metlica, pero esto slo suceda cuando la lmina
estaba conectada positivamente.Edison dise un circuito que
reemplaza la bombilla por un resistor con un voltmetro de DC.
Edison obtuvo una patente para este invento en 1884. Aparentemente
no tena uso prctico para esa poca. Por lo cual, la patente era
probablemente para precaucin, en caso de que alguien encontrara un
uso al llamado Efecto Edison.Aproximadamente 20 aos despus, John
Ambrose Fleming (cientfico asesor de Marconi Company y antiguo
empleado de Edison) se dio cuenta que el efecto Edison podra usarse
como un radio detector de precisin. Fleming patent el primer diodo
termoinico en Gran Bretaa el 16 de noviembre de 1904.En 1874 el
cientfico alemn Karl Ferdinand Braun descubri la naturaleza de
conducir por una sola direccin de los cristales semiconductores.
Braun patent el rectificador de cristal en 1899. Los rectificadores
de xido de cobre y selenio fueron desarrollados para aplicaciones
de alta potencia en la dcada de los 1930.El cientfico indio Jagdish
Chandra Bose fue el primero en usar un cristal semiconductor para
detectar ondas de radio en 1894. El detector de cristal
semiconductor fue desarrollado en un dispositivo prctico para la
recepcin de seales inalmbricas por Greenleaf Whittier Pickard, quin
invent un detector de cristal de silicio en 1903 y recibi una
patente de ello el 20 de noviembre de 1906. Otros experimentos
probaron con gran variedad de sustancias, de las cuales se us
ampliamente el mineral galena. Otras sustancias ofrecieron un
rendimiento ligeramente mayor, pero el galena fue el que ms se us
porque tena la ventaja de ser barato y fcil de obtener. Al
principio de la era del radio, el detector de cristal semiconductor
consista de un cable ajustable (el muy nombrado bigote de gato) el
cual se poda mover manualmente a travs del cristal para as obtener
una seal ptima. Este dispositivo problemtico fue rpidamente
superado por los diodos termoinicos, aunque el detector de cristal
semiconductor volvi a usarse frecuentemente con la llegada de los
econmicos diodos de germanio en la dcada de 1950.En la poca de su
invencin, estos dispositivos fueron conocidos como rectificadores.
En 1919, William Henry Eccles acu el trmino diodo del griego dia,
que significa separado, y ode (de ), que significa camino.[editar]
Diodos termoinicos y de estado gaseoso
Smbolo de un diodo de vaco o gaseoso. De arriba a abajo, sus
componentes son, el nodo, el ctodo, y el filamento.Los diodos
termoinicos son dispositivos de vlvula termoinica (tambin conocida
como tubo de vaco), que consisten en un arreglo de electrodos
empacados en un vidrio al vaco. Los primeros modelos eran muy
parecidos a la lmpara incandescente.En los diodos de vlvula
termoinica, una corriente a travs del filamento que se va a
calentar calienta indirectamente el ctodo, otro electrodo interno
tratado con una mezcla de Bario y xido de estroncio, los cuales son
xidos alcalinotrreos; se eligen estas substancias porque tienen una
pequea funcin de trabajo (algunas vlvulas usan calentamiento
directo, donde un filamento de tungsteno acta como calentador y
como ctodo). El calentamiento causa emisin termoinica de electrones
en el vaco. En polarizacin directa, el nodo estaba cargado
positivamente por lo cual atraa electrones. Sin embargo, los
electrones no eran fcilmente transportados de la superficie del
nodo que no estaba caliente cuando la vlvula termoinica estaba en
polarizacin inversa. Adems, cualquier corriente en este caso es
insignificante.En la mayora del siglo 20 los diodos de vlvula
termoinica se usaron en aplicaciones de seales anlogas,
rectificadores y potencia. Hasta el da de hoy, los diodos de vlvula
solamente se usan en aplicaciones exclusivas como rectificadores en
guitarras elctricas, amplificadores de audio, as como equipo
especializado de alta tensin.[editar] Diodo semiconductor
Formacin de la regin de agotamiento, en la grfica z.c.e.Un diodo
semiconductor moderno est hecho de cristal semiconductor como el
silicio con impurezas en l para crear una regin que contiene
portadores de carga negativos (electrones), llamado semiconductor
de tipo n, y una regin en el otro lado que contiene portadores de
carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las
terminales del diodo se unen a cada regin. El lmite dentro del
cristal de estas dos regiones, llamado una unin PN, es donde la
importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una
corriente de electrones del lado n (llamado ctodo), pero no en la
direccin opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye
del nodo al ctodo (opuesto al flujo de los electrones).Al unir
ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del
cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusin,
estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de
la unin, zona que recibe el nombre de regin de agotamiento.A medida
que progresa el proceso de difusin, la regin de agotamiento va
incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos
lados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de iones positivos en
la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico
(E) que actuar sobre los electrones libres de la zona n con una
determinada fuerza de desplazamiento, que se opondr a la corriente
de electrones y terminar detenindolos.Este campo elctrico es
equivalente a decir que aparece una diferencia de tensin entre las
zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el
caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio.La anchura
de la regin de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele
ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales est
mucho ms dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho
mayor.Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensin externa,
se dice que el diodo est polarizado, pudiendo ser la polarizacin
directa o inversa.[editar] Polarizacin directa de un diodo
Polarizacin directa del diodo pn.En este caso, la batera
disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial,
permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la
unin; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la
electricidad.Para que un diodo est polarizado directamente, se debe
conectar el polo positivo de la batera al nodo del diodo y el polo
negativo al ctodo. En estas condiciones podemos observar que: El
polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal
n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unin p-n. El
polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del
cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos
hacia la unin p-n. Cuando la diferencia de potencial entre los
bornes de la batera es mayor que la diferencia de potencial en la
zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n,
adquieren la energa suficiente para saltar a los huecos del cristal
p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unin p-n. Una
vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando
la zona de carga espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la
zona p convirtindose en electrn de valencia. Una vez ocurrido esto
el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se
desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde
el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la
batera.De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la
zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a
travs del diodo una corriente elctrica constante hasta el
final.[editar] Polarizacin inversa de un diodo
Polarizacin inversa del diodo pn.En este caso, el polo negativo
de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n,
lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en
dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensin de la batera,
tal y como se explica a continuacin: El polo positivo de la batera
atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del
cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se
desplazan hasta llegar a la batera. A medida que los electrones
libres abandonan la zona n, los tomos pentavalentes que antes eran
neutros, al verse desprendidos de su electrn en el orbital de
conduccin, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de
valencia, ver semiconductor y tomo) y una carga elctrica neta de
+1, con lo que se convierten en iones positivos. El polo negativo
de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la
zona p. Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de
valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes
con los tomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de
valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso
es que cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en
la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los tomos
trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de
valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en
iones negativos. Este proceso se repite una y otra vez hasta que la
zona de carga espacial adquiere el mismo potencial elctrico que la
batera.En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente;
sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarn pares
electrn-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unin
produciendo una pequea corriente (del orden de 1 A) denominada
corriente inversa de saturacin. Adems, existe tambin una denominada
corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre
indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo;
ya que en la superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de
suficientes tomos para realizar los cuatro enlaces covalentes
necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los tomos de la
superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan
huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones circulan
sin dificultad a travs de ellos. No obstante, al igual que la
corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fuga es
despreciable.[editar] Curva caracterstica del diodo
Curva caracterstica del diodo. Tensin umbral, de codo o de
partida (V ).La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial)
de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona
de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar
directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va
reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del
1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la
tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que
para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones
de la intensidad de corriente. Corriente mxima (Imax ).Es la
intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin
fundirse por el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de
calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del
mismo. Corriente inversa de saturacin (Is ).Es la pequea corriente
que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin
de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se
duplica por cada incremento de 10 en la temperatura. Corriente
superficial de fugas.Es la pequea corriente que circula por la
superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es
funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la
tensin, aumenta la corriente superficial de fugas. Tensin de
ruptura (Vr ).Es la tensin inversa mxima que el diodo puede
soportar antes de darse el efecto avalancha.Tericamente, al
polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa
de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de
la tensin, en el diodo normal o de unin abrupta la ruptura se debe
al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los
Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos: Efecto
avalancha (diodos poco dopados). En polarizacin inversa se generan
pares electrn-hueco que provocan la corriente inversa de saturacin;
si la tensin inversa es elevada los electrones se aceleran
incrementando su energa cintica de forma que al chocar con
electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de
conduccin. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por
efecto de la tensin, chocando con ms electrones de valencia y
liberndolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones
que provoca una corriente grande. Este fenmeno se produce para
valores de la tensin superiores a 6 V. Efecto Zener (diodos muy
dopados). Cuanto ms dopado est el material, menor es la anchura de
la zona de carga. Puesto que el campo elctrico E puede expresarse
como cociente de la tensin V entre la distancia d; cuando el diodo
est muy dopado, y por tanto d sea pequeo, el campo elctrico ser
grande, del orden de 3105 V/cm. En estas condiciones, el propio
campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia
incrementndose la corriente. Este efecto se produce para tensiones
de 4 V o menores.Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura
de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por
ambos efectos.[editar] Modelos matemticosEl modelo matemtico ms
empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley)
que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayora de
las aplicaciones. La ecuacin que liga la intensidad de corriente y
la diferencia de potencial es:
Donde: I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensin entre sus extremos. IS es la
corriente de saturacin (aproximadamente ) n es el coeficiente de
emisin, dependiente del proceso de fabricacin del diodo y que suele
adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para
el silicio).El Voltaje trmico VT es aproximadamente 25.85mV en
300K, una temperatura cercana a la temperatura ambiente, muy usada
en los programas de simulacin de circuitos. Para cada temperatura
existe una constante conocida definida por:
Donde k es la constante de Boltzmann, T es la temperatura
absoluta de la unin pn, y q es la magnitud de la carga de un
electrn (la carga elemental).La ecuacin de diodo ideal de Schockley
o la ley de diodo se deriva de asumir que solo los procesos que le
dan corriente al diodo son por el flujo (debido al campo elctrico),
difusin, y la recombinacin trmica. Tambin asume que la corriente de
recombinacin en la regin de agotamiento es insignificante. Esto
significa que la ecuacin de Schockley no tiene en cuenta los
procesos relacionados con la regin de ruptura e induccin por
fotones. Adicionalmente, no describe la estabilizacin de la curva
I-V en polarizacin activa debido a la resistencia interna.Bajo
voltajes negativos, la exponencial en la ecuacin del diodo es
insignificante. y la corriente es una constante negativa del valor
de Is. La regin de ruptura no esta modelada en la ecuacin de diodo
de Schockley.Para voltajes pequeos en la regin de polarizacin
directa, se puede eliminar el 1 de la ecuacin, quedando como
resultado:
Con objeto de evitar el uso de exponenciales, en ocasiones se
emplean modelos ms simples an, que modelan las zonas de
funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados
modelos de continua o de Ram-seal. El ms simple de todos es el
diodo ideal.[editar] Tipos de diodo semiconductor
Varios diodos semiconductores. Abajo: Un puente rectificador. En
la mayora de los diodos, el terminal ctodo se indica pintando una
franja blanca o negra.Existen varios tipos de diodos, que pueden
diferir en su aspecto fsico, impurezas, uso de electrodos, que
tienen caractersticas elctricas particulares usados para una
aplicacin especial en un circuito. El funcionamiento de estos
diodos es fundamentado por principios de la mecnica cuntica y teora
de bandas.Los diodos normales, los cuales operan como se describa
ms arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio.
Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se
usaba el xido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una
cada de tensin muy alta (desde 1,4 a 1,7V) y requeran de una gran
disipacin de calor mucho ms grande que un diodo de silicio. La gran
mayora de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS,
que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos internos.
Diodo avalancha: Diodos que conducen en direccin contraria cuando
el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. Electricmente
son similares a los diodos Zener, pero funciona bajo otro fenmeno,
el efecto avalancha. Esto sucede cuando el campo elctrico inverso
que atraviesa la unin p-n produce una onda de ionizacin, similar a
una avalancha, produciendo una corriente. Los diodos avalancha estn
diseados para operar en un voltaje inverso definido sin que se
destruya. La diferencia entre el diodo avalancha (el cual tiene un
voltaje de reversa de aproximadamente 6.2V) y el diodo zener es que
el ancho del canal del primero excede la "libre asociacin" de los
electrones, por lo que se producen colisiones entre ellos en el
camino. La nica diferencia prctica es que los dos tienen
coeficientes de temperatura de polaridades opuestas. Diodo de
Silicio: Suelen tener un tamao milimtrico y, alineados, constituyen
detectores multicanal que permiten obtener espectros en
milisegundos. Son menos sensibles que los fotomultiplicadores. Es
un semiconductor de tipo p (con huecos) en contacto con un
semiconductor de tipo n (electrones). La radiacin comunica la
energa para liberar los electrones que se desplazan hacia los
huecos, estableciendo una corriente elctrica proporcional a la
potencia radiante. Diodo de cristal: Es un tipo de diodo de
contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado
presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o
de una parte de carbn. El cable forma el nodo y el cristal forma el
ctodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicacin en los radio
a galena. Los diodos de cristal estn obsoletos, pero puede
conseguirse todava de algunos fabricantes. Diodo de corriente
constante: Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la
fuente, y funciona como un limitador de corriente de dos terminales
anlogo al diodo Zener, el cual limita el voltaje. Ellos permiten
una corriente a travs de ellos para alcanzar un valor adecuado y as
estabilizarse en un valor especfico. Tambin suele llamarse CLDs
(por sus siglas en ingls) o diodo regulador de corriente. Diodo
tnel o Esaki: Tienen una regin de operacin que produce una
resistencia negativa debido al efecto tnel, permitiendo amplificar
seales y circuitos muy simples que poseen dos estados. Debido a la
alta concentracin de carga, los diodos tnel son muy rpidos, pueden
usarse en temperaturas muy bajas, campos magnticos de gran magnitud
y en entornos con radiacin alta. Por estas propiedades, suelen
usarse en viajes espaciales. Diodo Gunn: Similar al diodo tnel son
construidos de materiales como GaAs o InP que produce una
resistencia negativa. Bajo condiciones apropiadas, las formas de
dominio del dipolo y propagacin a travs del diodo, permitiendo
osciladores de ondas microondas de alta frecuencia. Diodo emisor de
luz: En un diodo formado de un semiconductor con huecos en su banda
de energa, tal como arseniuro de galio, los portadores de carga que
cruzan la unin emiten fotones cuando se recombinan con los
portadores mayoritarios en el otro lado. Dependiendo del material,
la longitud de onda que se pueden producir vara desde el infrarrojo
hasta longitudes de onda cercanas al ultravioleta. El potencial que
admiten estos diodos dependen de la longitud de onda que ellos
emiten: 2.1V corresponde al rojo, 4.0V al violeta. Los primeros
LEDs fueron rojos y amarillos. Los LEDs blancos son en realidad
combinaciones de tres LEDs de diferente color o un LED azul
revestido con un centelleador amarillo. Los LEDs tambin pueden
usarse como fotodiodos de baja eficiencia en aplicaciones de
seales. Un LED puede usarse con un fotodiodo o fototransistor para
formar un optoacoplador. Diodo lser: Cuando la estructura de un LED
se introduce en una cavidad resonante formada al pulir las caras de
los extremos, se puede formar un lser. Los diodos lser se usan
frecuentemente en dispositivos de almacenamiento pticos y para la
comunicacin ptica de alta velocidad. Diodo trmico: Este trmino
tambin se usa para los diodos convencionales usados para monitorear
la temperatura a la variacin de voltaje con la temperatura, y para
refrigeradores termoelctricos para la refrigeracin termoelctrica.
Los refrigeradores termoelctricos se hacen de semiconductores,
aunque ellos no tienen ninguna unin de rectificacin, aprovechan el
comportamiento distinto de portadores de carga de los
semiconductores tipo P y N para transportar el calor. Fotodiodos:
Todos los semiconductores estn sujetos a portadores de carga
pticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de
los semiconductores estn empacados en materiales que bloquean el
paso de la luz. Los fotodiodos tienen la funcin de ser sensibles a
la luz (fotocelda), por lo que estn empacados en materiales que
permiten el paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo
ms sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares,
en fotometra o en comunicacin ptica. Varios fotodiodos pueden
empacarse en un dispositivo como un arreglo lineal o como un
arreglo de dos dimensiones. Estos arreglos no deben confundirse con
los dispositivos de carga acoplada. Diodo con puntas de contacto:
Funcionan igual que los diodos semiconductores de unin mencionados
anteriormente aunque su construccin es ms simple. Se fabrica una
seccin de semiconductor tipo n, y se hace un conductor de punta
aguda con un metal del grupo 3 de manera que haga contacto con el
semiconductor. Algo del metal migra hacia el semiconductor para
hacer una pequea regin de tipo p cerca del contacto. El muy usado
1N34 (de fabricacin alemana) an se usa en receptores de radio como
un detector y ocasionalmente en dispositivos analgicos
especializados. Diodo PIN: Un diodo PIN tiene una seccin central
sin doparse o en otras palabras una capa intrnseca formando una
estructura p-intrinseca-n. Son usados como interruptores de alta
frecuencia y atenuadores. Tambin son usados como detectores de
radiacin ionizante de gran volumen y como fotodetectores. Los
diodos PIN tambin se usan en la electrnica de potencia y su capa
central puede soportar altos voltajes. Adems, la estructura del PIN
puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia,
tales como IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores. Diodo Schottky:
El diodo Schottky estn construidos de un metal a un contacto de
semiconductor. Tiene una tensin de ruptura mucho menor que los
diodos pn. Su tensin de ruptura en corrientes de 1mA est en el
rango de 0.15V a 0.45V, lo cual los hace tiles en aplicaciones de
fijacin y prevencin de saturacin en un transistor. Tambin se pueden
usar como rectificadores con bajas prdidas aunque su corriente de
fuga es mucho ms alta que la de otros diodos. Los diodos Schottky
son portadores de carga mayoritarios por lo que no sufren de
problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios
que ralentizan la mayora de los dems diodos (por lo que este tipo
de diodos tiene una recuperacin inversa ms rpida que los diodos de
unin pn. Tienden a tener una capacitancia de unin mucho ms baja que
los diodos pn que funcionan como interruptores veloces y se usan
para circuitos de alta velocidad como fuentes conmutadas, mezclador
de frecuencias y detectores. Stabistor: El stabistor (tambin
llamado Diodo de Referencia en Directa) es un tipo especial de
diodo de silicio cuyas caractersticas de tensin en directa son
extremadamente estables. Estos dispositivos estn diseados
especialmente para aplicaciones de estabilizacin en bajas tensiones
donde se requiera mantener la tensin muy estable dentro de un
amplio rango de corriente y temperatura.
[editar] Aplicaciones del diodo Rectificador de media onda
Rectificador de onda completa Rectificador en paralelo Doblador de
tensin Estabilizador Zener Led Limitador Circuito fijador
Multiplicador de tensin Divisor de tensin[editar] Referencias El
contenido de este artculo incorpora material de una entrada de la
Enciclopedia Libre Universal, publicada en espaol bajo la licencia
Creative Commons Compartir-Igual 3.0.[editar] Enlaces externos
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destacados en w:ttTransistor De Wikipedia, la enciclopedia
libreSaltar a: navegacin, bsqueda Transistor
El tamao de un transistor guarda relacin con la potencia que es
capaz de manejar.
TipoSemiconductor
Fecha de invencinJohn Bardeen, Walter Houser Brattain y William
Bradford Shockley (1947)
Smbolo electrnico
ConfiguracinEmisor, base y colector
El transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que
cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o
rectificador. El trmino transistor es la contraccin en ingls de
transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se
encuentran prcticamente en todos los aparatos electrnicos de uso
diario: radios, televisores, reproductores de audio y video,
relojes de cuarzo, computadoras, lmparas fluorescentes, tomgrafos,
telfonos celulares, etc.Contenido[ocultar] 1 Historia 2 Tipos de
transistor 2.1 Transistor de contacto puntual 2.2 Transistor de
unin bipolar 2.3 Transistor de unin unipolar o de efecto de campo
2.4 Fototransistor 3 Transistores y electrnica de potencia 4 El
transistor bipolar como amplificador 4.1 Emisor comn 4.2 Base comn
4.3 Colector comn 5 El transistor bipolar frente a la vlvula
termoinica 6 Vase tambin 7 Enlaces externos
[editar] HistoriaArtculo principal: Historia del transistor.El
transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE.
UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y
William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el
Premio Nobel de Fsica en 1956. Fue el sustituto de la vlvula
termoinica de tres electrodos, o triodo.El transistor de efecto de
campo fue descubierto antes que el transistor (1930), pero no se
encontr una aplicacin til ni se dispona de la tecnologa necesaria
para fabricarlos masivamente.Es por ello que al principio se usaron
transistores bipolares y luego los denominados transistores de
efecto de campo (FET). En los ltimos, la corriente entre el
surtidor o fuente (source) y el drenaje (drain) se controla
mediante el campo elctrico establecido en el canal. Por ltimo,
apareci el MOSFET (transistor FET de tipo
Metal-xido-Semiconductor). Los MOSFET permitieron un diseo
extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente
integrados (CI).Hoy la mayora de los circuitos se construyen con
tecnologa CMOS. La tecnologa CMOS (Complementary MOS MOS
Complementario) es un diseo con dos diferentes MOSFET (MOSFET de
canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca
corriente en un funcionamiento sin carga.El transistor consta de un
sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente
(contaminadas con materiales especficos en cantidades especficas)
que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores,
el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que est
intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos
portadores (base). A diferencia de las vlvulas, el transistor es un
dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente
amplificada. En el diseo de circuitos a los transistores se les
considera un elemento activo, a diferencia de los resistores,
condensadores e inductores que son elementos pasivos. Su
funcionamiento slo puede explicarse mediante mecnica cuntica.De
manera simplificada, la corriente que circula por el colector es
funcin amplificada de la que se inyecta en el emisor, pero el
transistor slo grada la corriente que circula a travs de s mismo,
si desde una fuente de corriente continua se alimenta la base para
que circule la carga por el colector, segn el tipo de circuito que
se utilice. El factor de amplificacin o ganancia logrado entre
corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del
transistor. Otros parmetros a tener en cuenta y que son
particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de ruptura
de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia
Mxima, disipacin de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas
donde se grafican los distintos parmetros tales como corriente de
base, tensin Colector Emisor, tensin Base Emisor, corriente de
Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas(configuraciones) bsicos
para utilizacin analgica de los transistores son emisor comn,
colector comn y base comn.Modelos posteriores al transistor
descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET,
CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el
terminal de base para modular la corriente de emisor o colector,
sino la tensin presente en el terminal de puerta o reja de control
(graduador) y grada la conductancia del canal entre los terminales
de Fuente y Drenaje. Cuando la conductancia es nula y el canal se
encuentra estrangulado, por efecto de la tensin aplicada entre
Compuerta y Fuente, es el campo elctrico presente en el canal el
responsable de impulsar los electrones desde la fuente al drenaje.
De este modo, la corriente de salida en la carga conectada al
Drenaje (D) ser funcin amplificada de la Tensin presente entre la
Compuerta (Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es anlogo al
del triodo, con la salvedad que en el triodo los equivalentes a
Compuerta, Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control), Placa y
Ctodo.Los transistores de efecto de campo son los que han permitido
la integracin a gran escala disponible hoy en da; para tener una
idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles de
transistores interconectados, por centmetro cuadrado y en varias
capas superpuestas.[editar] Tipos de transistor
Distintos encapsulados de transistores.[editar] Transistor de
contacto puntualLlamado tambin transistor de punta de contacto, fue
el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947
por John Bardeen y Walter Brattain. Consta de una base de germanio,
semiconductor para entonces mejor conocido que la combinacin
cobre-xido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas
metlicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de
base es capaz de modular la resistencia que se ve en el colector,
de ah el nombre de transfer resistor. Se basa en efectos de
superficie, poco conocidos en su da. Es difcil de fabricar (las
puntas se ajustaban a mano), frgil (un golpe poda desplazar las
puntas) y ruidoso. Sin embargo convivi con el transistor de unin
(W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la
actualidad ha desaparecido.[editar] Transistor de unin
bipolarArtculo principal: Transistor de unin bipolar.El transistor
de unin bipolar, o BJT por sus siglas en ingls, se fabrica
bsicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de
galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio
entre conductores como los metales y los aislantes como el
diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy
controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o
PNP, quedando formadas dos uniones NP.La zona N con elementos
donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de
aceptadores o huecos (cargas positivas). Normalmente se utilizan
como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio
(Ga) y donantes N al Arsnico (As) o Fsforo (P).La configuracin de
uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la
letra intermedia siempre corresponde a la caracterstica de la base,
y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo
tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminacin
entre ellas (por lo general, el emisor est mucho ms contaminado que
el colector).El mecanismo que representa el comportamiento
semiconductor depender de dichas contaminaciones, de la geometra
asociada y del tipo de tecnologa de contaminacin (difusin gaseosa,
epitaxial, etc.) y del comportamiento cuntico de la unin.[editar]
Transistor de unin unipolar o de efecto de campoEl transistor de
unin unipolar, tambin llamado de efecto de campo de unin (JFET),
fue el primer transistor de efecto de campo en la prctica. Lo forma
una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En
los terminales de la barra se establece un contacto hmico, tenemos
as un transistor de efecto de campo tipo N de la forma ms bsica. Si
se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan
externamente entre s, se producir una puerta. A uno de estos
contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando
tensin positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a
puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que
llamaremos corriente de drenador con polarizacin cero. Con un
potencial negativo de puerta al que llamamos tensin de
estrangulamiento, cesa la conduccin en el canal.El transistor de
efecto de campo, o FET por sus siglas en ingls, que controla la
corriente en funcin de una tensin; tienen alta impedancia de
entrada. Transistor de efecto de campo de unin, JFET, construido
mediante una unin PN. Transistor de efecto de campo de compuerta
aislada, IGFET, en el que la compuerta se asla del canal mediante
un dielctrico. Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS
significa Metal-xido-Semiconductor, en este caso la compuerta es
metlica y est separada del canal semiconductor por una capa de
xido.[editar] FototransistorArtculo principal: Fototransistor.Los
fototransistores son sensibles a la radiacin electromagntica en
frecuencias cercanas a la de la luz visible; debido a esto su flujo
de corriente puede ser regulado por medio de la luz incidente. Un
fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal,
slo que puede trabajar de 2 maneras diferentes: Como un transistor
normal con la corriente de base (IB) (modo comn); Como
fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las
veces de corriente de base. (IP) (modo de iluminacin).[editar]
Transistores y electrnica de potenciaCon el desarrollo tecnolgico y
evolucin de la electrnica, la capacidad de los dispositivos
semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensin y
corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es as
como actualmente los transistores son empleados en conversores
estticos de potencia, controles para motores y llaves de alta
potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso est
basado en la amplificacin de corriente dentro de un circuito
cerrado.[editar] El transistor bipolar como amplificadorEl
comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo
de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y
otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto
quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensin igual a
la tensin directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un
transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.Lo interesante
del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente
proporcional a la corriente de base: IC = IB, es decir, ganancia de
corriente cuando >1. Para transistores normales de seal, vara
entre 100 y 300.Entonces, existen tres configuraciones para el
amplificador:[editar] Emisor comn
Emisor comn.La seal se aplica a la base del transistor y se
extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de
la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se
tiene ganancia tanto de tensin como de corriente y alta impedancia
de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 , y
para frecuencias bajas, la ganancia en tensin se aproxima bastante
bien por la siguiente expresin: ; y la impedancia de salida, por
RCComo la base est conectada al emisor por un diodo en directo,
entre ellos podemos suponer una tensin constante, Vg. Tambin
supondremos que es constante. Entonces tenemos que la tensin de
emisor es: Y la corriente de emisor: .La corriente de emisor es
igual a la de colector ms la de base: . Despejando La tensin de
salida, que es la de colector se calcula como: Como >> 1, se
puede aproximar: y, entonces, Que podemos escribir como Vemos que
la parte es constante (no depende de la seal de entrada), y la
parte nos da la seal de salida. El signo negativo indica que la
seal de salida est desfasada 180 respecto a la de
entrada.Finalmente, la ganancia queda: La corriente de entrada, ,
que aproximamos por .Suponiendo que VB>>Vg, podemos
escribir:y la impedancia de entrada: Para tener en cuenta la
influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor ms
elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi.[editar] Base
comn
Base comn.La seal se aplica al emisor del transistor y se extrae
por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la seal de
entrada como a la de salida. En esta configuracin se tiene ganancia
slo de tensin. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de
corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de
emisor sale por la base. Si aadimos una resistencia de emisor, que
puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de seal, un
anlisis similar al realizado en el caso de emisor comn, nos da la
ganancia aproximada siguiente: .La base comn se suele utilizar para
adaptar fuentes de seal de baja impedancia de salida como, por
ejemplo, micrfonos dinmicos.[editar] Colector comn
Colector comn.La seal se aplica a la base del transistor y se
extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de
la seal de entrada como a la de salida. En esta configuracin se
tiene ganancia de corriente, pero no de tensin que es ligeramente
inferior a la unidad. La impedancia de entrada es alta,
aproximadamente +1 veces la impedancia de carga. Adems, la
impedancia de salida es baja, aproximadamente veces menor que la de
la fuente de seal.[editar] El transistor bipolar frente a la vlvula
termoinicaVanse tambin: Vlvula termoinicay Transistor bipolarAntes
de la aparicin del transistor los ingenieros utilizaban elementos
activos llamados vlvulas termoinicas. Las vlvulas tienen
caractersticas elctricas similares a la de los transistores de
efecto campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la
tensin en el borne de comando, llamado rejilla. Las razones por las
que el transistor reemplaz a la vlvula termoinica son varias: Las
vlvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de
voltios, que son peligrosas para el ser humano. Las vlvulas
consumen mucha energa, lo que las vuelve particularmente poco tiles
para el uso con bateras. Probablemente, uno de los problemas ms
importantes haya sido el peso. El chasis necesario para alojar las
vlvulas y los transformadores requeridos para su funcionamiento
sumaban un peso importante, que iba desde algunos kilos a decenas
de kilos. El tiempo medio entre fallas de las vlvulas termoinicas
es muy corto comparado con el de los transistores, sobre todo a
causa del calor generado. Las vlvulas presentan una cierta demora
en comenzar a funcionar, ya que necesitan estar calientes para
establecer la conduccin. El transistor es intrnsecamente insensible
al efecto microfnico, muy frecuente en las vlvulas. Los
transistores son ms pequeos que las vlvulas, incluso que los
nuvistores. Aunque existe unanimidad sobre este punto, conviene
hacer una salvedad: en el caso de dispositivos de potencia, estos
deben llevar un disipador, de modo que el tamao que se ha de
considerar es el del dispositivo (vlvula o transistor) ms el del
disipador. Como las vlvulas pueden funcionar a temperaturas ms
elevadas, la eficiencia del disipador es mayor en ellas que en los
transistores, con lo que basta un disipador mucho ms pequeo. Los
transistores trabajan con impedancias bajas, o sea con tensiones
reducidas y corrientes altas; mientras que las vlvulas presentan
impedancias elevadas y por lo tanto trabajan con altas tensiones
pequeas corrientes. Finalmente, el costo de los transistores no
solamente era muy inferior, sino que contaba con la promesa de que
continuara bajando (como de hecho ocurri) con suficiente
investigacin y desarrollo.Como ejemplo de todos estos
inconvenientes se puede citar a la primera computadora digital,
llamada ENIAC. Era un equipo que pesaba ms de treinta toneladas y
consuma 200 kilovatios, suficientes para alimentar una pequea
ciudad. Tena alrededor de 18.000 vlvulas, de las cuales algunas se
quemaban cada da, necesitando una logstica y una organizacin
importantes.Cuando el transistor bipolar fue inventado en 1947, fue
considerado una revolucin. Pequeo, rpido, fiable, poco costoso,
sobrio en sus necesidades de energa, reemplaz progresivamente a la
vlvula termoinica durante la dcada de 1950, pero no del todo. En
efecto, durante los aos 1960, algunos fabricantes siguieron
utilizando vlvulas termoinicas en equipos de radio de gama alta,
como Collins y Drake; luego el transistor desplaz a la vlvula de
los transmisores pero no del todo de los amplificadores de
radiofrecuencia. Otros fabricantes, de equipo de audio esta vez,
como Fender, siguieron utilizando vlvulas en amplificadores de
audio para guitarras. Las razones de la supervivencia de las
vlvulas termoinicas son varias: El transistor no tiene las
caractersticas de linealidad a alta potencia de la vlvula
termoinica, por lo que no pudo reemplazarla en los amplificadores
de transmisin de radio profesionales y de radioaficionados sino
hasta varios aos despus.[citarequerida] Los armnicos introducidos
por la no-linealidad de las vlvulas resultan agradables al odo
humano (vase psicoacstica), por lo que son preferidos por los
audifilos. El transistor es muy sensible a los efectos
electromagnticos de las explosiones nucleares, por lo que se
siguieron utilizando vlvulas termoinicas en algunos sistemas de
control-comando de aviones caza de fabricacin
sovitica.[citarequerida] Las vlvulas son capaces de manejar
potencias muy grandes, impensables para los transistores en sus
comienzos; sin embargo a travs de los aos se desarrollaron etapas
de potencia con mltiples transistores en paralelo capaces de
conseguirlo.[editar] Vase tambin Transistor bipolar Transistor de
silicio amorfo Transistor Uniunin (UJT) Transistor bipolar de
puerta aislada Transistor de aleacin[editar] Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Transistor.
Commons Wikcionario tiene definiciones para transistor.Wikcionario
Transistores Vs. Vlvulas para aplicaciones en audio de alta
fidelidad, Oscar Bonello, fundador de la compaa Solidyne y miembro
de Audio Engineering Society (AES), propone una interpretacin
posible sobre la rivalidad entre entusiastas de una u otra
tecnologa. Como funcionan realmente los transistores Versin
original en Ingls Smbolos de transistoresTipos de transistores
Transistores de baja potencia Transistores de potencia En
electrnica es muy habitual el hablar de transistores de baja
potencia (pequea seal) y de transistores de potencia (gran seal).
Es una forma muy sencilla de diferenciar a los transistores que
trabajan con potencias relativamente pequeas de los transistores
que trabajan con potencias mayores.Transistores de baja potencia Se
le llama transistor de baja potencia, o pequea seal, al transistor
que tiene una intensidad pequea (IC pequea), lo que corresponde a
una potencia menor de 0,5 W. En este tipo de transistores interesar
obtener cc grandes (cc = 100 300).
Transistores de potencia Se le llama transistor de potencia al
transistor que tiene una intensidad grande (IC grande), lo que
corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En este tipo de
transistores la cc que se puede obtener en su fabricacin suele ser
bastante menor que en los de baja potencia (cc = 20 100).
anterior/principal/siguiente Curso rpido de electricidad del
automvil
SimbologaSmbolos elctricos utilizacin general.
Simbolos elctricos, utilizacin particular en el sector del
automvil.
Diodos semiconductoresEl diodo es un componente electrnico y su
caracterstica mas importante es: segn sea polarizado se comporta
como un circuito cerrado (cortocircuito) o como un circuito
abierto. Los diodos se utilizan para distintas funciones, la
principal como rectificador de corriente (usado en el alternador).
Tambin se utiliza como proteccin de polarizaciones incorrectas en
la conexin de algn receptor (motores, reles, etc.)Diodo polarizado
directamente
Diodo polarizado inversamente
RelsEl rel es un dispositivo electromagntico que se comporta
como un interruptor pero en vez de accionarse manualmente se
acciona por medio de una corriente elctrica. El rel esta formado
por una bobina que cuando recibe una corriente elctrica, se
comporta como un imn atrayendo unos contactos (contacto mvil) que
cierran un circuito elctrico. Cuando la bobina deja de recibir
corriente elctrica ya no se comporta como un imn y los contactos
abren el circuito elctrico.
Resistencias, condensadores y demas componentes elctricos podis
verlos en la web de Ciencias Misticas. Esta pagina explica muy bien
y detalladamente todo lo relacionado con la rama de electricidad y
electrnica.Links relacionados:Si quieres saber mas sobre simbologia
entra en: Simbologia electrnica. 2005 MECANICAVirtual. Pagina
creada por Dani meganeboy.Tipos de Resistencias
Convencionalmente, se han dividido los componentes electrnicos
en dos grandes grupos: componentes activos y componentes pasivos,
dependiendo de si ste introduce energa adicional al circuito del
cual forma parte. Componentes pasivos son las resistencias,
condensadores, bobinas, y activos son los transistores, vlvulas
termoinicas, diodos y otros semiconductores. El objetivo de una
resistencia es producir una cada de tensin que es proporcional a la
corriente que la atraviesa; por la ley de Ohm tenemos que V = IR.
Idealmente, en un mundo perfecto, el valor de tal resistencia
debera ser constante independientemente del tiempo, temperatura,
corriente y tensin a la que est sometida la resistencia. Pero esto
no es as. Las resistencias actuales, se aproximan mejor a la
resistencia "ideal", pero insisto, una cosa es la teora y otra muy
diferente la vida real, en la que los fenmenos fsicos son mucho ms
complejos e intrincados como para poder describirlos completamente
con una expresin del tipo de la Ley de Ohm. Esta nos proporciona
una aproximacin muy razonable, y vlida para la gran mayora de
circuitos que se disean. Por su composicin, podemos distinguir
varios tipos de resistencias: De hilo bobinado (wirewound) Carbn
prensado (carbon composition) Pelcula de carbn (carbon film)
Pelcula xido metlico (metal oxide film) Pelcula metlica (metal
film) Metal vidriado (metal glaze)Por su modo de funcionamiento,
podemos distinguir: Dependientes de la temperatura (PTC y NTC)
Resistencias variables, potencimetros y reostatosResistencias de
hilo bobinado.- Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y an se
utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipacin.
Estn constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hlice
o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato
cermico.
Las aleaciones empleadas son las que se dan en la tabla, y se
procura la mayor independencia posible de la temperatura, es decir,
que se mantenga el valor en ohmios independientemente de la
temperatura. metalresistividad relativa(Cu = 1)Coef. Temperaturaa
(20 C)
Aluminio1.63+ 0.004
Cobre1.00+ 0.0039
Constantan28.45 0.0000022
Karma77.10 0.0000002
Manganina26.20 0.0000002
Cromo-Nquel65.00 0.0004
Plata0.94+ 0.0038
La resistencia de un conductor es proporcional a su longitud, a
su resistividad especfica (rho) e inversamente proporcional a la
seccin recta del mismo. Su expresin es:
En el sistema internacional (SI) rho viene en ohmiosmetro, L en
metros y el rea de la seccin recta en metros cuadrados. Dado que el
cobre, aluminio y la plata tienen unas resistividades muy bajas, o
lo que es lo mismo, son buenos conductores, no se emplearn estos
metales a no ser que se requieran unas resistencias de valores muy
bajos. La dependencia del valor de resistencia que ofrece un metal
con respecto a la temperatura a la que est sometido, lo indica el
coeficiente de temperatura, y viene expresado en grado centgrado
elevado a la menos uno. Podemos calcular la resistencia de un
material a una temperatura dada si conocemos la resistencia que
tiene a otra temperatura de referencia con la expresin:
Los coeficientes de temperatura de las resistencias bobinadas
son extremadamente pequeos. Las resistencias tpicas de carbn tienen
un coeficiente de temperatura del orden de decenas de veces mayor,
lo que ocasiona que las resistencias bobinadas sean empleadas
cuando se requiere estabilidad trmica.Un inconveniente de este tipo
de resistencias es que al estar constituida de un arrollamiento de
hilo conductor, forma una bobina, y por tanto tiene cierta
induccin, aunque su valor puede ser muy pequeo, pero hay que
tenerlo en cuenta si se trabaja con frecuencias elevadas de
seal.Por tanto, elegiremos este tipo de resistencia cuando 1)
necesitemos potencias de algunos watios y resistencias no muy
elevadas 2) necesitemos gran estabilidad trmica 3) necesitemos gran
estabilidad del valor de la resistencia a lo largo del tiempo, pues
prcticamente permanece inalterado su valor durante mucho
tiempo.Resistencias de carbn prensado.- Estas fueron tambin de las
primeras en fabricarse en los albores de la electrnica. Estn
constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se
prensa hasta formar un tubo como el de la figura.
Las patas de conexin se implementaban con hilo enrollado en los
extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejor el sistema
mediante un tubo hueco cermico (figura inferior) en el que se
prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponian unas
bornas a presin con patillas de conexin. Las resistencias de este
tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias
de fabricacin muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un
10% de tolerancia, incluso su valor hmico puede variar por el mero
hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas
al componente. Adems tienen ruido trmico tambin elevado, lo que las
hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor
crtico, tales como amplificadores de micrfono, fono o donde exista
mucha ganancia. Estas resistencias son tambin muy sensibles al paso
del tiempo, y variarn ostensiblemente su valor con el transcurso
del mismo.Resistencias de pelcula de carbn.- Este tipo es muy
habitual hoy da, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se
utiliza un tubo cermico como sustrato sobre el que se deposita una
pelcula de carbn tal como se aprecia en la figura.
Para obtener una resistencia ms elevada se practica una
hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra
(b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino elctrico,
lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo. Las
conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas
metlicas a las que se une hilos de cobre baados en estao para
facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baa de laca
ignfuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el
aislamiento elctrico. Se consiguen as resistencias con una
tolerancia del 5% o mejores, adems tienen un ruido trmico inferior
a las de carbn prensado, ofreciendo tambin mayor estabilidad trmica
y temporal que stas.Resistencias de pelcula de xido metlico.- Son
muy similares a las de pelcula de carbn en cuanto a su modo de
fabricacin, pero son ms parecidas, elctricamente hablando a las de
pelcula metlica. Se hacen igual que las de pelcula de carbn, pero
sustituyendo el carbn por una fina capa de xido metlico (estao o
latn). Estas resistencias son ms caras que las de pelcula metlica,
y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy
exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de
xido es muy resistente a daos mecnicos y a la corrosin en ambientes
hmedos.
Resistencias de pelcula metlica.- Este tipo de resistencia es el
que mayoritariamente se fabrica hoy da, con unas caractersticas de
ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores.
Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeo, del orden de 50
ppm/C (partes por milln y grado Centgrado). Tambin soportan mejor
el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un
mayor perodo de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de
hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo
estndar.
Resistencias de metal vidriado.- Son similares a las de pelcula
metlica, pero sustituyendo la pelcula metlica por otra compuesta
por vidrio con polvo metlico. Como principal caracterstica cabe
destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que
puede soportar mejor por su inercia trmica que le confiere el
vidrio que contiene su composicin. Como contrapartida, tiene un
coeficiente trmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/C. Se dispone
de potencias de hasta 3 watios.Se dispone de estas resistencias
encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in
line).
Resistencias dependientes de la temperatura.- Aunque todas las
resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura,
existen unos dispositivos especficos que se fabrican expresamente
para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de
la temperatura. Se les denomina termistores y como caba esperar,
poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean
positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la
resistencia del elemento disminuye segn sube la temperatura, y
coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el
aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor,
posee un coeficiente de temperatura negativo. A mayor temperatura,
menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto
de "avalancha trmica" que sufren algunos dispositivos
semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que
puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta
sobrepasar la corriente mxima que puede soportar.
A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se
les denomina NTC (negative temperature coefficient).A los
dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les
denomina PTC (positive temperature coefficient).Una aplicacin tpica
de un NTC es la proteccin de los filamentos de vlvula, que son muy
sensibles al "golpe" de encendido o turn-on. Conectando un NTC en
serie protege del golpe de encendido, puesto que cuando el NTC est
a temperatura ambiente (fro, mayor resistencia) limita la corriente
mxima y va aumentando la misma segn aumenta la temperatura del NTC,
que a su vez disminuye su resistencia hasta la resistencia de
rgimen a la que haya sido diseado. Hay que elegir correctamente la
corriente del dispositivo y la resistencia de rgimen, as como la
tensin que caer en sus bornas para que el diseo funcione
correctamente. NTC
