material teórico sobre diodos
TRANSCRIPT
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 1 de 9
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADOR SISTEMAS ELECTRÓNICOS Y DIGITALES – SED000 / CICLO I – 2018
EL DIODO - TIPOS DE DIODOS - CARACTERÍSTICAS.
1 DIODOS
Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La flecha
del símbolo del diodo, mostrado en la figura 1, muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos
son la versión eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.
Figura 1 - Símbolo del Diodo
1.1 CURVA CARACTERÍSTICA Cómo se mencionó con anterioridad, los
materiales semiconductores son
aquellos que se comportan como
conductores o aislantes. Un diodo,
siendo un dispositivo semiconductor,
posee dos regiones de funcionamiento,
una llamada región de polarización
inversa, donde el diodo se comporta
como un aislante; la otra se llama región
de polarización directa, donde el diodo
se comporta como un conductor.
Comúnmente, al referirse al
funcionamiento de un diodo, solo se
menciona que el diodo está en directa o
en inversa.
Para que el diodo entre en su zona de conducción (directa) se debe de utilizar un nivel mínimo de voltaje para
garantizar su conducción, de forma similar a como una persona empuja una puerta. Este voltaje es llamado caída
de voltaje o tensión en directa (vD) y es de unos 0.7V para todos los diodos normales fabricados de silicio. La caída
de voltaje en directa de un diodo, es casi constante cualquiera que sea la corriente que pase a través del diodo
(iD) por lo que tiene una característica muy pronunciada.
En la región inversa, no existe una corriente circulando por el diodo, pero, el diodo no es un elemento
indestructible, por lo tanto, existe un voltaje de ruptura inversa que daña al diodo y lo hace conducir aun estando
conectado en inversa, llegando a la región de ruptura inversa. Esto se resume mejor en la gráfica corriente-voltaje
mostrada en la figura 2.
Figura 2 - Curva característica del diodo
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 2 de 9
1.2 CARACTERÍSTICAS DE CORRIENTE Y VOLTAJE. Para comprender un poco mejor el
funcionamiento del diodo, imaginemos un
interruptor utilizado para encender y apagar
una luminaria dentro de una habitación.
Cuando el interruptor está abierto no existe
conducción y la luminaria se encuentra
apagada; cuando el interruptor se cierra,
existe conducción y la luminaria enciende.
El diodo posee el mismo funcionamiento del
interruptor descrito anteriormente. Para
que los diodos ingresen a sus regiones de
directas e inversas se deben conectarse de
la forma correcta, en la figura 3 se puede observar como el signo positivo (+) es para el ánodo y el signo negativo
(–) para el cátodo; esto quiere decir que el diodo posee polaridad. El cátodo es marcado por una línea pintada
sobre el cuerpo del diodo. Los diodos físicos están rotulados con su código en una pequeña impresión, puede que
necesites una lupa potente para leer esta etiqueta sobre diodos de pequeña señal.
Figura 4 - Polarización del diodo: a) polarización directa. b) Polarización inversa.
Para que un diodo ingrese a su región de conducción; es decir, conectado en directa. Se debe de conectar la
terminal positiva de la fuente en el ánodo y la negativa en el cátodo. La corriente en esta conexión circula de
ánodo a cátodo. Ver figura 4.a
Para que un diodo ingrese a su región de no conducción; es decir, conectado en inversa. Se debe de conectar la
terminal positiva de la fuente en el cátodo y la negativa en el ánodo. Y no existe corriente circulando por el diodo
en esta conexión. Ver figura 4.b
PREGUNTAS
1. ¿Qué es un Diodo? 2. Describe el comportamiento que posee un Diodo. 3. ¿Qué es la región de polarización directa? 4. ¿Qué es la región de polarización inversa? 5. ¿Qué es la región de ruptura?
Figura 3 - Polaridad del diodo
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 3 de 9
EJERCICIO – MENCIONA EN QUE REGIÓN, DIRECTA O INVERSA, SE ENCUENTRAN LOS SIGUIENTES DIODOS.
Circuito 01 Circuito 02
Circuito 03 Circuito 04
2 CLASIFICACIÓN Y APLICACIONES CON DIODOS.
Existen diferentes tipos de diodos y dependiendo del tipo de diodo y el circuito donde será utilizado, pueden tener
múltiples funciones. La clasificación de los diodos se puede observar en la figura 5 y los que trabajaremos en esta
guía son los seleccionados como más comunes.
Figura 5 - Clasificación de los diodos
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 4 de 9
2.1 DIODOS RECTIFICADORES DE SEÑAL (PEQUEÑA CORRIENTE) Los diodos de señal, son usados en los circuitos para procesar información (señales eléctricas), por lo que solo son
requeridos para pasar pequeñas corrientes de hasta 100 mA.
Un diodo de señal de uso general, tal como el 1N4148, está hecho de silicio y tiene una caída de tensión directa
de 0.7 V. Un diodo de germanio tal como el OA90 tiene una caída de tensión directa más baja, de 0.2 V, y esto lo
hace conveniente para usar en circuitos de radio, como detectores, los cuales extraen la señal de audio desde la
débil señal de radio.
2.1.1 Diodo de protección para relés
Los diodos de señal, son también usados para proteger transistores
y circuitos integrados del breve alto voltaje producido por la bobina
de un relé cuando es desconectada. La figura 6 muestra cómo un
diodo de protección es conectado en inversa sobre la bobina del
relé.
La corriente que fluye a través de la bobina de un relé crea un
campo magnético el cual cae de repente, cuando la corriente deja
de circular por ella. Esta caída repentina del campo magnético,
induce sobre la bobina un breve, pero alto voltaje, el cual es muy
probable que dañe transistores y circuitos integrados.
El diodo de protección, permite al voltaje inducido conducir una breve corriente a través de la bobina y el diodo),
así, el campo magnético se desvanece rápidamente. Esto previene que el voltaje inducido se haga suficientemente
alto como para causar algún daño a los dispositivos.
2.2 DIODOS RECTIFICADORES (GRANDES CORRIENTES) Los diodos rectificadores, son usados en fuentes de alimentación para convertir la corriente alterna (AC) a
corriente continua (DC), un proceso conocido como rectificación. También son usados en circuitos en los cuales
han de pasar grandes corrientes a través del diodo. Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo
tanto tienen una caída de tensión directa de 0.7 V.
Figura 7 - Diodo rectificador de media onda
Figura 6 - Diodo de protección para Relé
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 5 de 9
La figura 7, muestra un diodo rectificador de media onda. La señal de entrada Vs tiene una forma senoidal, esto
quiere decir que cambia de polaridad de forma periódica. El diodo rectificador solamente deja pasar los ciclos
positivos, porque se encuentra en polarización directa y recorta o elimina los ciclos negativos, porque en ese
momento se encuentra en polarización inversa.
PREGUNTA
1. ¿Cómo será la gráfica de salida, si al diodo de la figura 6 se invierte su conexión dentro del circuito?
2.2.1 Puentes rectificadores
Hay varias maneras de conectar los diodos para construir un
rectificador y convertir la AC en DC. El puente rectificador es una de
ellas y está disponible en encapsulados especiales que contienen
cuatro diodos requeridos para esta conversión. Los puentes
rectificadores se clasifican por su máxima corriente y máxima tensión
inversa.
La figura 8, muestra la operación de cómo un puente rectificador
convierte la AC en DC. A diferencia del rectificador de media onda, en
este rectificador los ciclos negativos de entrada, se vuelven positivos.
Existen varios tipos de puentes rectificadores, pero todos tienen
cuatro pines o terminales: los dos de salida de DC son rotulados con
los signos de polaridad + y -, los de entrada de AC están rotulados con
el símbolo ~.
La figura 9 muestra diferentes tipos de diodos rectificadores y su símbolo.
a) símbolo puente de diodo rectificador. b) Ejemplo de diodos rectificadores en el mercado.
Figura 9 - Puente de diodo rectificador
2.3 DIODO ZENER Los diodos Zener, se usan para mantener un voltaje fijo.
Están diseñados para trabajar de una forma confiable y no
destructiva dentro de su región de ruptura inversa de
manera que pueden ser utilizados en inversa, para
mantener bastante fijo el voltaje entre sus terminales. El
circuito de la figura 10, muestra cómo debe ser conectado,
con su resistencia en serie para limitar la corriente.
Figura 8 - Puente rectificador
Figura 10 - Diodo Zener
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 6 de 9
A los diodos Zener, se los puede distinguir de los diodos comunes por su código y su tensión inversa la cual está
rotulada en el diodo. Los códigos para diodos zener suelen ser BZX# o BZY#. Su tensión inversa de ruptura está
grabada con una V en lugar del punto decimal, así por ejemplo 4V7 significa 4.7 V. La figura 11, muestra el símbolo
del diodo zener y sus terminales.
Figura 11 - Símbolo diodo zener
Los diodos zener están clasificados por su tensión de ruptura y su máxima potencia:
El mínimo voltaje o tensión de ruptura disponible es 2.4V
Los rangos de potencia más comunes están entre 400mW y 1.3W
2.4 DIODO LED (LIGHT EMITTING DIODE) Los diodos LED emiten luz cuando una pequeña corriente eléctrica pasa a través de ellos. Los LED deben
conectarse de directa; es decir, el ánodo positivo (+) y el cátodo negativo (-). El cátodo es el terminal más corto y
puede tener una parte plana sobre el cuerpo del LED. Si observas el interior del LED, el cátodo suele ser más
grande y tiene forma triangular, como se muestra en la figura 12.
Figura 12 - Diodo emisor de luz LED
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 7 de 9
2.4.1 Cómo probar un LED
Nunca conectes un LED directamente a una batería o fuente de alimentación, ¡será
destruido casi al instante! porque el exceso de corriente que pase a través de él lo quemará.
Los LED deben ir siempre acompañados por una resistencia en serie para limitar la corriente
a un valor seguro, con el propósito de probarlo rápidamente, una resistencia de 1 kΩ es
suficiente para la mayoría de los LED si lo vas a alimentar con una fuente de 12 V o menos.
Recuerda conectar el LED de la forma adecuada, como se muestra en la figura 13.
2.4.2 Colores de los LED
Los LED están disponibles en color rojo, ámbar, amarillo, verde, azul y
blanco. Los LED de color azul y blanco son mucho más caros que los otros
colores. El color del LED está determinado por el material semiconductor,
no por el color de su encapsulado plástico, como se muestra en la figura
14.
Los LED multicolor están disponibles en encapsulado incoloro el cual
puede ser difuso o claro. Los encapsulados de color están también
disponibles como difusos o transparentes.
2.5 LEDS TRICOLOR Y BICOLOR Los LED tricolor más comunes tienen un LED rojo y uno verde combinados en el mismo
encapsulado y con tres terminales. Son llamados tricolores porque la luz roja mezclada con la luz
verde forma el amarillo y esto se produce cuando ambos LED, el rojo y el verde, están
encendidos.
La figura 15, muestra la construcción de un LED tricolor. Nota la diferente longitud de sus tres
terminales. El terminal del centro (k) es el común y el cátodo de ambos LEDs, los otros terminales
(a1 y a2) son los ánodos para permitir a cada uno iluminarse de forma independiente, o
iluminarse ambos a la vez para dar el tercer color.
Un LED bicolor tiene dos LEDs cableados en “paralelo inverso” (uno en directa, el otro en inversa)
combinados en un mismo encapsulado con dos terminales. Solo uno de los LED puede iluminarse
a la vez y son menos útiles que los LED tricolor descriptos anteriormente.
Figura 13 - Conexión de LED
Figura 14 - LEDs de colores
Figura 15 - Led tricolor
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 8 de 9
2.5.1 LED tricolor RGB.
El LED RGB es un componente electrónico muy usado en
paneles de publicidad formados por matrices de cientos o
miles de estos diodos. La principal ventaja frente a sus
homólogos de un color, bicolor o tricolor, es que pueden
reproducir casi cualquier color de una manera perfecta,
pudiéndose utilizar para reproducir imágenes y vídeos, o
para iluminar una sala con un color determinado.
En la figura 16 se puede observar un diodo de este tipo,
conteniendo en su interior tres diodos rojo verde y azul, su
conexión común se realiza por el cátodo o ánodo.
Las principales características de este tipo de diodo son:
El voltaje de funcionamiento de cada uno de los
colores es aproximadamente 2.1V para el color rojo y 3.3V
para los colores verde y azul.
La alimentación de cada diodo no puede ser
superior de 20mA de corriente.
La longitud de onda (que se asocia a la tonalidad
de color) del color rojo es de unos 625nm. El color verde es
520nm y el color azul es de 465nm.
La intensidad luminosa oscila entre los 200-
600mcd para el color rojo, 200-400mcd para el color verde
y 300-800mcd para el color azul.
La alimentación de las patillas de este diodo RGB
tienen que estar siempre conectadas con resistencias
limitadoras de corriente como en los diodos normales.
2.6 DISPLAYS Los displays, son encapsulados de muchos LED dispuestos en un patrón, siendo el patrón más familiar el Display
de 7 segmentos que muestra los números decimales (dígitos de 0 a 9), como se muestra en la figura 17.
Figura 17 - Display de 7 segmentos
Figura 16 - LED tricolor RGB
Docente: Mario José Platero Villatoro [email protected]
Página 9 de 9
Los display de 7 segmentos pueden ser de dos tipos y se muestran en la figura 18.
Figura 18 - Display 7 segmentos de ánodo y cátodo común.
Ánodo común, donde cada segmento se enciende con un voltaje de referencia cero,
Cátodo común, donde cada segmento se enciende con un voltaje positivo.
Como se puede observar en la figura 16 y 17, cada segmento del display posee una letra que lo identifica y para
formar un digito, cada segmento se debe de encender de forma independiente. La figura 19 muestra la tabla de
verdad utilizada para formar los dígitos de una numeración hexadecimal (0 – F)
Figura 19 - Tabla de verdad display 7 segmentos