ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICAESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA TELECOMUNICACIONES

Y REDES

Integrantes: Marllory Cobos

Cristian Muños

Diana Pazmiño

Alex Aguirre

Santiago Bravo

Tema: LOS DIODOS

INTRODUCCION

El sector electrónico ha conseguido hoy en día unas cotas de importancia en el sector productivo y de bienes de consumo que parecían inimaginables hace unos años. La Electrónica y los componentes electrónicos comienzan su andadura a finales del siglo XIX con el desarrollo del diodo y del tríodo de vacío. Con estos elementos ya era posible la amplificación de señales y multitud de aplicaciones. Con la invención a finales de 1940 del transistor bipolar a base de componentes de estado sólido, se produjo una verdadera revolución en el sector electrónico. El siguiente paso fue la aparición en 1959 del primer circuito integrado. Desde ese momento las posibilidades de miniaturización de los circuitos gracias al aumento de las posibilidades en la intensidad de integración han crecido exponencialmente, dando lugar a un nuevo concepto: la microelectrónica.Se puede decir que con los semiconductores se comienza el estudio propio de la electrónica. Con el uso de los semiconductores la elaboración de diodos, transistores, tiristores, y circuitos integrados en general.

EL DIODO Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que

permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un único sentido; en el sentido contrario no lo permite.

De forma simplificada, la curva característica 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 eléctrica muy pequeña.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidas por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones.

HISTORIA Aunque el diodo semiconductor de estado sólido se popularizó

antes del diodo termoiónico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo.

El 13 de febrero de 1880 Thomas Edison redescubre el principio. A su vez, Edison investigaba porque los filamentos de carbón de las bombillas se quemaban al final del terminal positivo. El había construido una bombilla con un filamento adicional y una con una lámina metálica dentro de la lámpara, eléctricamente aislada del filamento. Cuando uso este dispositivo, el confirmó que una corriente fluía del filamento incandescente a través del vació a la lámina metálica, pero esto solo sucedía cuando la lámina estaba conectada positivamente.

Edison diseño un circuito que reemplaza la bombilla por un resistor con un voltímetro de DC. Aproximadamente 20 años después, John Ambrose Fleming patentó el primer diodo termoiónico en Britain el 16 de noviembre de 1904.

En 1874 el científico alemán Karl Ferdinand Braun descubrió la naturaleza de conducir por una sola dirección de los cristales semiconductores. Braun patentó el rectificador de cristal en 1899. Los rectificadores de óxido de cobre y selenio fueron desarrollados para aplicaciones de alta potencia en la década de los 1930.

En 1919, William Henry Eccles acuñó el término diodo del griego día, que significa separado, y ode, que significa camino.

EL DIODO IDEAL

Antes de examinar la construcción y características de un dispositivo real, consideremos primero un dispositivo ideal, para proporcionar una base comparativa. El diodo ideal es un dispositivo de dos terminales que tiene el símbolo y las características que se muestran en la figura.

En forma ideal, un diodo conducirá corriente en la dirección definida por la flecha en el símbolo y actuará como un circuito abierto para cualquier intento de establecer corriente en la dirección opuesta. En esencia.

Las características de un diodo ideal son las de un interruptor que puede conducir corriente en una sola dirección.

Un aspecto muy importante es la definición de los símbolos literales, las polaridades de voltaje y las direcciones de corriente.

(a)

(b)

Figura 1.1 Diodo ideal: (a) símbolo; (b) característica.

Uno de los parámetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o región de operación. Si consideramos la región definida por la dirección de ID y la polaridad de VD en la figura (cuadrante superior derecho de la figura), encontraremos que el valor de la resistencia directa RF, de acuerdo a como se define con la ley de Ohm es:

(Circuito cerrado)

Si consideramos la región del potencial aplicado negativamente (tercer cuadrante) de la figura,

(Circuito abierto)

En síntesis, se aplican las condiciones que se describen en la figura.

Estados (a) de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal.

En general, es relativamente sencillo determinar si un diodo se encuentra en la región de conducción o en la de no conducción observando tan solo la dirección de la corriente ID establecida por el voltaje aplicado.

Para el flujo convencional (opuesto al de los electrones), si la corriente resultante en el diodo tiene la misma dirección que la de la flecha del mismo elemento, éste opera en la región de conducción.

CURVA CARACTERISTA DE UN DIODO

El comportamiento de los diodos es más o menos similar al proporcionado por esa curva, pero los valores resultantes pueden cambiar según la potencia del diodo. En primer lugar tenemos la corriente en

sentido directo (If) Por otra parte, en la línea horizontal

derecha tenemos la escala de las tensiones directas (Vf) expresadas en voltios (V).

En la característica inversa, que está representada por la izquierda y en la parte baja del gráfico, se trata de mostrar el funcionamiento del diodo en el sentido de bloqueo.

Los valores de la característica inversa se llaman corrientes de fuga (Ir).

Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ): La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado.

Corriente máxima (Imax): Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.

Corriente inversa de saturación (Is): Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.

Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo, esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

Tensión de ruptura (Vr):Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión 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: En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción.

Efecto Zener : Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose 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.

UNION P-N Casi todos los diodos que se fabrican hoy en día están formados por dos tipos

de silicio diferentes, unidos entre sí.

Este conjunto sería del tipo N, ya que deja un electrón libre pues le sobra del enlace, con lo que el átomo (azul) se convierte en un ión positivo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un electrón libre, a este átomo lo representaremos:

En el caso del tipo P, dejaría un hueco libre, con lo que el átomo se convierte en un ión negativo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un hueco libre, a este átomo lo representaremos:  

Cuando se efectúa esta unión, los electrones y los huecos inmediatos a la unión se atraen, cruzan la unión y se neutralizan       

   Silicio tipo P y silicio tipo N unidos.- UNIÓN P-N

Según este proceso inicial, la zona N próxima a la unión ha perdido electrones y por tanto queda cargada positivamente. Igualmente la zona P próxima a la unión ha perdido huecos, con lo que queda cargada negativamente.

Al quedar la zona N próxima a la unión cargada positivamente, rechazará a los huecos de la zona P que quieren atravesar la unión. Exactamente igual la zona P próxima a la unión impedirá el paso de los electrones provenientes de la zona N

Por tanto en la zona próxima a la unión aparece una diferencia de potencial llamada "Barrera de potencial interna", que impide el paso de portadores mayoritarios a través de la unión, no pudiendo existir corriente.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE UN DIODO

El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)

Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor.

De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.

En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente

POLARIZACIÓN DE DIODOSEl diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes: Polarización directa: Es cuando la corriente que circula

por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo. En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad.

Polarización inversa:Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.

DIODOS SEMICONDUCTORES

El diodo semiconductor está constituido fundamentalmente por una unión P-N

Deja circular corriente a través suyo cuando se conecta el polo positivo de la batería al ánodo, y el negativo al cátodo, y se opone al paso de la misma si se realiza la conexión opuesta.

Esta interesante propiedad puede utilizarse para realizar la conversión de corriente alterna en continua, a este procedimiento se le denomina rectificación.

TIPOS DE DIODOS

DIODOS RECTIFICADORES

El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

APLICACIONES: Circuitos Rectificadores

Circuitos Fijadores

Circuitos Recortadores

Diodos Volantes

DIODO DE UNION

Es el que consta de un cristal de germanio o de silicio, debidamente dopado, y tiene una forma cilíndrica.

Son diodos para baja potencia que se usan mucho como rectificadores de pequeños aparatos. A esta clase de diodo también se le conoce con el nombre de diodos de juntura.

DIODOS DE PUNTA DE CONTACTO

Poseen unas propiedades similares a los diodos de unión y la única diferencia es, en todo caso, el sistema de construcción que se ha aplicado

Exactamente igual que ocurre con los diodos de unión, el diodo de punta de contacto se comporta dejando pasar la corriente en un solo sentido.

DIODO AVALANCHA

Es un diodo semiconductor diseñado especialmente para trabajar en tensión inversa

Cuando la tensión en polarización inversa alcanza el valor de la tensión de ruptura, los electrones que han saltado a la banda de conducción por efecto de la temperatura se aceleran debido al campo eléctrico incrementando su energía cinética, de forma que al colisionar con electrones de valencia los liberan; éstos a su vez, se aceleran y colisionan con otros electrones de valencia liberándolos también, produciéndose una avalancha de electrones cuyo efecto es incrementar la corriente conducida por el diodo sin apenas incremento de la tensión.

APLICACIONES: La aplicación típica es la protección de

circuitos electrónicos contra sobretensiones, de modo que mientras la tensión se mantenga por debajo de la tensión de ruptura sólo será atravesado por la corriente inversa de saturación, muy pequeña, por lo que la interferencia con el resto del circuito será mínima; a efectos prácticos, es como si el diodo no existiera.

Al incrementarse la tensión del circuito por encima del valor de ruptura, el diodo comienza a conducir desviando el exceso de corriente a tierra evitando daños en los componentes del circuito.

FOTODIODO

Es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja.

Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente.

se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

Fotodiodos de avalancha : Tienen una estructura similar, pero trabajan con

voltajes inversos mayores. El material empleado en la composición de un

fotodiodo es un factor crítico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible

APLICACIONES: El fotodiodo responde a los cambios de oscuridad

a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.

Se usa en los lectores de CD, recuperando la información grabada en el surco del Cd transformando la luz del haz láser reflejada en el mismo en impulsos eléctricos para ser procesados por el sistema y obtener como resultado los datos grabados.

Usados en fibra óptica

DIODO GUNN

Es una forma de diodo usado en la electrónica de alta frecuencia.

Solamente tiene regiones del tipo N. . Existen en este dispositivo tres regiones;

dos de ellas tienen regiones tipo N fuertemente dopadas y una delgada región intermedia de material ligeramente dopado.

La frecuencia de la oscilación obtenida a partir de este efecto, es determinada parcialmente por las propiedades de la capa o zona intermedia del diodo

Los diodos Gunn suelen fabricarse de arseniuro de galio para osciladores de hasta 200 GHz, mientras que los de Nitruro de Galio pueden alcanzar los 3 Terahertz.

Este efecto Gunn es un instrumento eficaz para la generación de oscilaciones en el rango de las microondas en los materiales semiconductores. 

El efecto Gunn es una propiedad del cuerpo de los semiconductores y no depende de la unión misma, ni de los contactos, tampoco depende de los valores de tensión y corriente y no es afectado por campos magnéticos.

DIODO LASER

Es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.

En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectante de forma parcial (aunque muy reflectante también), lográndose así una unión PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes.

VENTAJAS: Son muy eficientes. Tienen tiempos medios de vida muy largos. Permiten la modulación directa de la

radiación emitida, pudiéndose modular a décimas de Gigahercio.

Su volumen y peso son pequeños. El umbral de corriente que necesitan para

funcionar es relativamente bajo. Su consumo de energía es reducido

(comparado con otras fuentes de luz) El ancho de banda de su espectro de emisión

es angosto (puede llegar a ser de sólo algunos kHz)

APLICACIÓN: Comunicaciones de datos por fibra óptica.

Lectores de CDs, DVDs y formatos derivados.

Interconexiones ópticas entre circuitos integrados.

Impresoras láser.

Escáneres o digitalizadores.

Sensores.

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 incoherente de espectro

APLICACIONES Los LEDs se emplean con profusión en todo

tipo de indicadores de estado (encendido/apagado)

En dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.)

En paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan).

También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc.,

CIRCUITO DE LED

Está compuesto por una fuente de alimentación (de corriente continua), un LED (el ánodo es generalmente la pata más larga) y una resistencia.

FÓRMULA PARA CALCULAR LA RESISTENCIA

Voltaje de la fuente de alimentación, es el voltaje aplicado al circuito (como una batería de 9 voltios)

Caída de voltaje del LED, es el voltaje necesario para el funcionamiento del LED, generalmente está entre 1.7 y 3.3 voltios, depende del color del diodo y de la composición de metales.

Rango de corriente del LED, es determinado por el fabricante, usualmente está en el rango de unos pocos miliamperios.

DIODO P-I-N Se llama diodo PIN a una estructura de tres capas,

siendo la intermedia semiconductor intrínseco, y las externas, una de tipo P y la otra tipo N(estructura P-I-N que da nombre al diodo).

El diodo PIN puede ejercer, entre otras cosas, como: conmutador de RF resistencia variable protector de sobretensiones fotodetector

DIODO SCHOTTKY  es un dispositivo semiconductor que proporciona

conmutaciones muy rápidas entre los estados de conducción directa e inversa y muy bajas tensiones umbral

Características

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

DIODO SHOCKLEY  Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales

que tiene dos estados estables: OFF o de alta impedancia y ON o baja impedancia.

La región I es la región de alta impedancia (OFF) y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado OFF al ON, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar Vs, tensión de conmutación

DIODO TÚNEL  El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene

una unión PN, en la cual se produce el efecto túnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corriente-tensión.

Este diodo es un dispositivo de baja potencia y están relativamente libres de los efectos de la radiación.

DIODO VARICAP El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap) es

un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN .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

DIODO ZENER

Es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura

SIMBOLOGIA

CÓDIGO DE DESIGNACIÓN DE DIODOS SEMICONDUCTORES

FUNCIONES DE LOS DIODOS

a) Como rectificadores: Este es el empleo más corriente

b) Como protector: Un circuito en donde convenga que la corriente circule solamente en un sentido determinado, y nunca en sentido contrario, puede ser protegido por la presencia de un diodo.

c) Descarga: Puesto en derivación en un circuito dotado de una fuente de autoinducción, diodo impide el paso de alguna corriente cuando el circuito está alimentado por una corriente exterior; pero permite el paso de una extracorriente.

d) Otras variantes: Además existen variedad de diodos con características especiales. Así, los hay de disparo, que dejan pasar la corriente cuando se alcanza un determinado valor; los hay luminiscentes, termosensibles, etc. que efectúan trabajos de regulación y estabilización de circuito

GRACIAS