EL DIODO

Laboratorio de electricidad aplicada 2012

EL DIODO

El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.En la Figura 1 se muestran el símbolo y la curva característica tensión-intensidad del funcionamiento del diodo ideal. El sentido permitido para la corriente es de A a K.

Símbolo y curva característica tensión-corriente del diodo ideal.El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la figura 1, indica el sentido permitido de la corriente.

presenta resistencia nula.

presenta resistencia infinita.

Mediante el siguiente ejemplo se pretende mostrar el funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.

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Figura 2: Ejemplo de funcionamiento del diodo ideal.

Según está colocada la fuente, la corriente debe circular en sentido horario.

En el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulación, ya que la corriente entra por el ánodo, y éste se comporta como un interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una caída de tensión de 10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.

En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente, comportándose como un interruptor abierto, y la caída de tensión en la resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.

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POLARIZACIÓN CIRCUITO CARACTERÍSTICAS

DIRECTA

el ánodo se conecta al positivo de la batería y el cátodo al negativo.

El diodo conduce con una caída de tensión de 0,6 a 0,7V. El valor de la resistencia interna seria muy bajo. Se comporta como un interruptor cerrado

INVERSA

el ánodo se conecta al negativo y el cátodo al positivo de la batería

El diodo no conduce y toda la tensión de la pila cae sobre el. Puede existir una corriente de fuga del orden de µA. El valor de la resistencia interna sería muy alto Se comporta como un interruptor abierto.

SIMBOLOGÍA

Diodo rectificador Diodo Schottky Diodo Zener

Diodo varicap Diodo Pin Diodo túnel Diodo Led

Fotodiodo Puente rectificador

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Como todos los componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Es necesario conocer estas, pues los libros de características y las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes aparecerán las más importantes desde el punto de vista practico.

Valores nominales de tensión:

VF = Tensión directa en los extremos del diodo en conducción.

VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa.

VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva.

VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva.

VRWM = Tensión inversa de cresta de funcionamiento.

DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR

Los más antiguos son los de Germanio con punta de tungsteno o de oro. Su aplicación más importante se encuentra en HF, VHF y UHF. También se utilizan como detectores en los receptores de modulación de frecuencia. Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v. El diodo Schottky son un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. Fue desarrollado por la Hewlett-Packard en USA, a principios de la década de los 70. La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor

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con gran concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos. El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro , de plástico o de vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado.

DIODOS RECTIFICADORES

Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión),

siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios

electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos integrados.

Diodo LED

Diodo emisor de luz, también conocido como LED (acrónimo del inglés de Light-Emitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz coherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el

ultravioleta,

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pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode)

Compuesto Color Long. de onda

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nmArseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)

Rojo e infrarrojo 890nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo, naranja y amarillo 630nm

Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm

Nitruro de galio (GaN) Verde 525nmSeleniuro de zinc (ZnSe) AzulNitruro de galio e indio (InGaN)

Azul 450nm

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nmDiamante (C) UltravioletaSilicio (Si) En desarrolloLos primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada vez menores.Aplicaciones del diodo LED.

Antiguo display LED de una calculadora. Una pequeña linterna a pilas con LED

Diodo VaricapEl Diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es un tipo de diodo que basa su

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funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varié en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De este modo se obtiene un condensador variable controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión inversa mínima tiene que ser de 1 V. La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (Oscilador controlado por tensión).En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptado el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.

Diodos SchottkyLa alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.

A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de 0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V empleándose, por ejemplo, como

protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido. La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía, otra utilización del diodo Schottky es en variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por el transistor del freno y este no pierda sus facultades.

Los diodos Zener Mantienen la tensión entre sus terminales prácticamente constante

en un amplio rango de intensidad y temperatura, cuando están polarizados inversamente, por ello, este tipo de diodos se emplean en circuitos estabilizadores o reguladores de la tensión tal y como el

mostrado en la figura.

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Eligiendo la resistencia R y las características del diodo, se puede lograr que la tensión en la carga (RL) permanezca prácticamente constante dentro del rango de variación de la tensión de entrada VS.

Diodo túnel

Una característica importante del diodo túnel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarización directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo túnel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que están relativamente libres de los efectos de la radiación.

TRANSISTORES

En el año 1942, los físicos norteamericanos Bardeen, Brattain y Shockley investigando con semiconductores, descubrieron el transistor. Debido a la gran importancia de dicho descubrimiento, se les concedió en 1956 el Premio Nóbel de Física. Exteriormente está formado por un caparazón o cápsula que puede tener diferentes formas, del que salen tres patillas metálicas, o más

técnicamente dicho, tres electrodos o terminales y en algunos casos solamente dos ya que el tercer terminal lo forman el recubrimiento metálico de la cápsula. Internamente, el transistor es un componente semiconductor

formado por un cristal que contiene una región P entre dos regiones N (transistor NPN), o una región N entre dos regiones P (transistor PNP).

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La diferencia que hay entre un transistor PNP y otro NPN radica en la polaridad de sus electrodos.

Transistores PNP y NPN

Cada una de estas regiones semiconductoras tiene una conexión. La región central se llama base (B) y las otras emisor (E) y colector (C).

APLICACIONES

La primera consecuencia del descubrimiento del transistor, fue que los aparatos electrónicos pudieron hacerse mucho más pequeños, al ocupar el transistor un volumen mucho menor que las válvulas electrónicas anteriormente empleadas.

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En la figura se muestra el dibujo de una válvula en su tamaño real y el correspondiente tamaño de un transistor. Se redujo también mucho el consumo de corriente, porque las válvulas necesitaban calentamiento y el transistor no. El transistor puede emplearse como interruptor y como amplificador.

EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR El transistor funciona como interruptor CERRADO cuando le aplicamos una corriente a la base y como interruptor ABIERTO cuando no le aplicamos corriente a ésta.EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Los físicos que descubrieron el transistor se dieron cuenta que

mediante la variación de una corriente débil aplica a la base podían gobernar otra mucho más intensa entre colector y emisor. Esto significa que pequeñas corrientes eléctricas pueden ser amplificadas, o lo que es lo mismo, que señales débiles pueden transformarse en otras suficientemente fuertes. La intensidad que atraviesa el emisor es igual a la intensidad que pasa por el colector más la intensidad que pasa por la baseFUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR Quizás el modo de trabajar de un transistor puedes fácilmente comprenderlo con un ejemplo más fácil que podríamos llamar: el

transistor hidráulico Por la tubería O llega presión de agua y puede seguir dos caminos:

1. Por C que no puede pasar ya que se lo impide el tapón.

2. Por B que al estar cerrada la llave L tampoco puede pasar.

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Por lo tanto por la tubería E no sale agua y podemos decir que el transistor está bloqueado. Si abrimos un poco la llave L comienza a

salir agua por el tubo B y ésta empuja la palanca que unida al tapón permite el paso de agua por la tubería C. Por la tubería E ahora sale el agua que pasa por C más el agua que pasa por B. Esta figura muestra como si abrimos más la llave de paso L por la tubería B sale más agua y por lo tanto empuja más fuerte a la palanca y abre completamente el paso por la tubería C.

Como se puede comprobar nos encontramos con tres situaciones: 1. Está totalmente cerrada: no circula agua. 2. Cuando esta algo abierta, pero no lo suficiente para que el tapón este abierto del todo: Se puede regular el caudal por C abriendo más o menos la llave L. 3. Cuando se abre L lo suficiente para que este el tapón totalmente abierto y por C pasa prácticamente todo el caudal, ya que lo que pasa por B es despreciable frente a lo que pasa por C. Esto mismo es lo que tenemos en los transistores eléctricos, cambiando caudal de agua por corriente: 1. Por la base no se le suministra corriente: transistor no deja conducir entre colector y emisor. 2. Por la base se le suministra una pequeña corriente: Se puede controlar el paso de corriente entre el colector y el emisor. La corriente que pasa entre colector y emisor es mucho mayor que la corriente que le suministramos a la base. 3. Se le suministra suficiente corriente a la base para que circula la máximo corriente entre colector y emisor, se dice que el transistor está saturado y la corriente que se le suministra a la base es la necesaria para producir la saturación del transistor. Cuando trabaja como interruptor el transistor trabaja en corte y en saturación, mientras que cuando trabaja como amplificador trabaja con corrientes en la base menores para controlar la corriente entre colector y emisor.

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Fusibles

Los reglamentos exigen que todo circuito debe estar protegido contra sobreintensidades (sobrecargas, cortocircuitos).

¿Qué es un cortocircuito? Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre sí, sin ninguna impedancia eléctrica entre ellos.

Si aplicamos la ley de ohm, I = U/Z, si Z = 0 la I es infinito por tanto queda patente que las instalaciones deben protegerse contra cortocircuitos. En realidad la impedancia Z nunca es cero, pero sí de valor muy bajo que amortigua el cortocircuito.

El fusible es un elemento de protección contra las sobreintensidades que dependiendo del tipo de curva que éste posea protegerá contra sobrecargas y cortocircuitos o solamente contra cortocircuitos.

El principio del fusible está basado en que al ser construido mediante una aleación metálica al circular una corriente elevada o sobreintensidad que exceda el valor predeterminado del fusible se funde interrumpiendo el circuito protegiéndolo aguas

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abajo del mismo.

Antiguamente se construían con hilos de plomo (u otros materiales) al aire para después ir alojados en el interior de unos portafusibles, de ahí la famosa y clásica frase “se han fundido o han saltado los plomos”, en este tipo de fusibles al fundirse el plomo como consecuencia de un cortocircuito el plomo fundido saltaba y provocaba otras averías, también se realizaban con otros hilos o hilos de plomo de mayor intensidad para evitar que saltasen y de nuevo provocaban averías más graves como puede ser un incendio.

Actualmente los hilos o pletinas de los fusibles están construidos con cobre o aleación de plata (o por ejemplo Cu, Mn12, Ni) encerrados en un cartucho cilíndrico cerámico relleno de arena de cuarzo (aunque pueden constituir varios hilos o pletinas en paralelo), se construyen así porque al fundir el hilo del fusible se crea un arco que es absorbido por la arena de cuarzo y además evita las dispersión del hilo fundido al exterior, a este tipo de fusibles se les llama cartuchos fusibles.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS FUSIBLES.

Tensión nominal: tensión para la que ha sido previsto su funcionamiento, los valores más habituales son: 250, 400, 500 y 600 v en baja tensión, también existen fusibles para alta tensión, aunque en el rango de la media tensión.

Intensidad nominal: es la intensidad que puede soportar indefinidamente, sin sufrir ningún deterioro los componentes de dicho elemento. Los valores habituales son: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 355, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250 A.

Intensidad de fusión y de no fusión del fusible: la intensidad de fusión es la intensidad a la cual el fabricante asegura su fusión. La intensidad de no fusión es la máxima intensidad del fusible que el fusible es capaz de soportar con la seguridad de no fundir, entre la diferencia de estos valores se crea un banda de dispersión en la cual no puede asegurarse la fusión del fusible.

Curva de fusión: indican el tiempo de desconexión en función de la corriente para un fusible concreto.

El poder de corte: es la máxima corriente en valor eficaz que puede interrumpir un fusible.

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TIPOS DE FUSIBLES.Se pueden clasificar según su tamaño y en función de su clase de servicio.Según su tamaño tenemos:

Cartuchos cilíndricos:

Tipo CI00, de 8,5 x 31,5 mm, para fusibles de 1 a 25 A.Tipo CI0, de 10 x 38 mm, para fusibles de 2 a 32 A.Tipo CI1, de 14 x 51 mm, para fusibles de 4 a 40 A.Tipo CI2, de 22 x 58 mm, para fusibles de 10 a 100 A.

Cartucho fusible 14 x 51 mm, 25 A.

Fusibles tipo de cuchillas o también llamados NH de alto poder de ruptura (APR):

Tipo CU0, para fusibles desde 50 hasta 1250 A.



Tipo CU3, para fusibles desde 500 y 630 A.


Fusible NH00 o de cuchillas, 40 A

En cuanto a la clase de servicio los fusibles vienen designados mediante dos letras; la primera nos indica la función que va a desempeñar, la segunda el objeto a proteger:

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Primera letra. Función.Categoría “g” (general purpose fuses) fusibles de uso general.Categoría “a” (accompanied fuses) fusibles de acompañamiento.Segunda letra. Objeto a proteger.

Objeto “I”: Cables y conductores.Objeto “M”: Aparatos de conexión.Objeto “R”: Semiconductores. Objeto “B”: Instalaciones de minería.Objeto “Tr”: Transformadores.

Fusibles cilíndricos de vidrio que se suelen utilizar como protectores en receptores como electrodomésticos, radios, fuentes de alimentación, centratilas detectoras de incendios, etc.

Fusibles para vehículos.

En los fusibles para vehículos normalmente viene indicado en el manual de entretenimiento del coche cuales son los amperajes que deben ir en cada circuito no obstante el amperaje se indica mediante un código de colores:

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Conclusiones

El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.

Diodo emisor de luz, también conocido como LED, Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo

El transistor funciona como interruptor CERRADO cuando le aplicamos una corriente a la base y como interruptor ABIERTO cuando no le aplicamos corriente a ésta.

El fusible es un elemento de protección contra las sobreintensidades que dependiendo del tipo de curva que éste posea protegerá contra sobrecargas y cortocircuitos o solamente contra cortocircuitos

Bibliografía

http://www.monografias.com/trabajos-pdf/diodos-aplicaciones/diodos-aplicaciones.pdf

http://www.unicrom.com/Tut_fusible.asp http://electricidad-viatger.blogspot.com/2008/05/fusibles.html http://fixingenieria.com/transistores.pdf

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http://electricidad-viatger.blogspot.com/2008/05/fusibles.html

http://www.unicrom.com/Tut_fusible.asp



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