Elementos Discretos PDF

Elementos discretos 9  El material tipo p se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro con átomos de impureza que tienen tres electrones de valencia. Los elementos más utilizados para este propósito son boro, galio e indio.  Las impurezas difundidas con tres electron...

Elementos discretos 9  El material tipo p se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro con átomos de impureza que tienen tres electrones de valencia. Los elementos más utilizados para este propósito son boro, galio e indio.  Las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se llaman átomos aceptores.  Ahora que los materiales tanto tipo n como tipo p están disponibles, podemos construir nuestro primer dispositivo electrónico de estado sólido. El diodo semiconductor, con aplicaciones demasiado numerosas de mencionar, se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p, nada más que eso; sólo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos.  Tipos de diodos  Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos y algunos con características eléctricas específicas para alguna aplicación especial.  Detector Los diodos detectores también conocidos como diodo de baja señal o de contacto puntual, están diseñado especialmente para operar en dispositivos de muy altas frecuencias y baja corriente. La capacidad de carga normalmente se encuentra con una corriente máxima de 150mA y una potencia de 500mW (Verificar hoja de datos dependiendo del dispositivo). Podemos encontrar diodos detectores de silicio o de germanio, recordando que en el silicio su umbral es entre 0.6 a 0.7 voltios y en el germanio de 0.2 a 0.3 voltios. Dependiendo del dopado del diodo se tendrá una variación en la resistencia y también es más común tener una mayor caída de tensión en el de diodo de silicio.  Elementos discretos  Rectificador 10 Los diodos rectificadores son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen en polarización directa y en polarización inversa no conducen. Esto permite la transformación de los voltajes de corriente alterna (CA) a corriente directa (CD) y con esto tenemos la rectificación de una señal. Existen diferentes diodos rectificadores en los cuales se puede verificar en la hoja de datos valores importantes como la corriente y el voltaje inverso que soporta. Un diodo rectificador es útil para pasar sólo la mitad positiva o la mitad negativa de una señal de corriente alterna (CA), mediante el proceso de rectificación. Comúnmente los circuitos rectificadores son utilizados en el diseño de fuentes de poder, donde la potencia de corriente alterna (CA) se debe transformar en potencia de corriente directa (CD) lo cual es muy útil para circuitos electrónicos y digitales.  Rectificador de media onda El circuito rectificador de media onda nos permite convertir corriente alterna en corriente continua, es el circuito más simple para explicar el concepto de rectificación. Los rectificadores de media onda producen una mayor cantidad de ondulaciones que los rectificadores de onda completa, por lo tanto, es recomendable utilizar un condensador para suavizar y de esta manera eliminar la frecuencia armónica de corriente alterna (CA) de la salida de corriente directa (CD).  Elementos discretos  Rectificador de media onda con filtro por condensador. 11 Al agregar un condensador en paralelo a la carga (RL) al circuito como se muestra provocará que la cantidad de ondulaciones presentes en la salida de corriente directa (CD) se reduzca considerablemente. Para eliminar grandes cantidades de frecuencias armónicas de corriente alterna en la salida de corriente directa se puede reducir utilizando condensadores de mayor valor, pero existen límites tanto en costo como en tamaño para los tipos de suavizado.  Rectificador de onda completa El circuito rectificador de onda completa es un circuito en el que nos permite aprovechar ambos semiciclos de la corriente alterna y obtener corriente directa, aunque los resultados de las ondas aparentan ser similares a la rectificación de media onda es posible observar diferencias y ventajas al emplear una rectificación de onda completa, se puede observar niveles de intensidad superiores y la caída de tensión es menor al aplicar una carga a nuestro circuito (En este caso la carga sería RL). Para poder hacer una rectificación de onda completa es necesario un transformador de toma central o cuatro diodos en la configuración de “puente de diodos”. Es recomendable utilizar un transformador con toma central en el devanado secundario, con esto se puede lograr una mayor eficiencia en la rectificación de onda completa.  Elementos discretos  Puente rectificador: 12 El puente rectificador o también conocido como puente de Graetz es un circuito electrónico que produce una salida de corriente directa simular a un rectificador de onda completa, este tipo de circuito requiere de cuatro diodos los cuales deben ser colocados como se muestra en la Figura, el puente rectificador permite la rectificación de onda completa de un transformador que no tenga una toma central.  Algunas de las aplicaciones comunes del diodo rectificador son: Rectificador de media onda. Rectificador de onda completa. Puente rectificador o puente de diodos. Doblador de tensión. Filtrado con condensadores. Detector de picos o demodulador de AM. Fuente de alimentación: Consiste en convertir una señal de corriente alterna en otra de corriente directa Principalmente en circuitos: Circuitos rectificadores. Circuitos fijadores. Circuitos Recortadores. Diodos volantes  Elementos discretos  Zener 13 Los diodos Zener se caracterizan por permitir el flujo de la corriente inversamente y por su capacidad de mantener un voltaje constante en sus terminales al polarizar inversamente, normalmente son utilizados como dispositivos de control. Los diodos Zener se pueden polarizar directamente y comportarse como un diodo norma en donde su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V, sin embargo, cuando el diodo Zener se conecta en polarización inversa actúa como diodo normal, evitando el flujo de corriente, hasta que se llega a un voltaje de ruptura superior a los 50 volts y hasta los 1kV, dependiendo de los semiconductores utilizados en su construcción., además de la temperatura de operación. A continuación, se muestra la gráfica de la polarización Zener. Los diodos Zener están diseñados para mantener un voltaje constante en sus terminales para esto debe ser polarizado inversamente con un voltaje por arriba de su ruptura o voltaje Zener 𝑉𝑧. Cuando se llega al voltaje de ruptura el diodo Zener comienza a conducir en la dirección inversa. Se debe considerar que es un elemento no lineal, por lo tanto, 𝛥𝑉𝑧 no es directamente proporcional a 𝛥𝐼𝑧.  Elementos discretos 14  Zener Además, que son buenos candidatos para construir reguladores de voltaje simples o limitadores de voltaje, ya que al mantener un voltaje de CD estable en presencia de una tensión variable de voltaje y con una resistencia de carga variable. Una de las principales características que identifican al diodo Zener es la polarización inversa, ya que un diodo común al ser polarizado inversamente actúa como un circuito abierto. Además de que cabe mencionar que en la región de polarización en inversa la corriente de saturación en inversa de un diodo de silicio se duplica por cada 10°C de aumento de la temperatura y el voltaje de saturación en inversa de un diodo semiconductor se incrementará o reducirá con la temperatura según el potencial Zener.  Elementos discretos 15  Emisor de luz (LED) EL diodo LED convierte la energía eléctrica en energía lumínica. Su proceso de fabricación consiste en un proceso de electroluminiscencia en el que los huecos y los electrones se recombinan para producir energía en forma de luz cuando el diodo LED es polarizado directamente. Al polarizar directamente el diodo led se provoca una producción de fotones como consecuencia de la recombinación entre electrones y huecos. Se debe considerar que la intensidad de la luz se relaciona con la cantidad de corriente que fluye a través del dispositivo, así también una relación en la longitud de onda que corresponde a cada color. Si se va incrementando la tensión de polarización el diodo led comienza a emitir fotones y al observar un haz de luz significa que se alcanzó la tensión de encendido, por lo tanto, conforme se va incrementando la tensión de polarización se aumenta la intensidad de luz emitida. Considerando que, al aumentar la tensión y por lo tanto la intensidad de luz emitida, también se tiene una variación al aumento de la intensidad de la corriente y puede verse disminuida por la recombinación Auger.  De corriente constante. El diodo de corriente constante o también conocido como diodo de regulación de corriente o diodo limitador de corriente consiste, realmente es un JFET. Este tipo de diodos permite una corriente a través de ellos para alcanzar un valor adecuado y así estabilizarse en un valor específico.  Elementos discretos  Schottky 16 Los diodos Schottky también conocidos como diodos de recuperación rápida o de portadores calientes, tienen una composición de silicio y se caracterizan por una caída de voltaje muy pequeña (aproximadamente 0.25V o menos) y por tener una respuesta muy rápida. En pocas palabras el tiempo de conmutación es muy corto.  Schockley El diodo schockley también conocido como diodo PNPN, se caracteriza por tener dos estados estables: Bloqueo o alta impedancia. Conducción o baja impedancia  De recuperación de paso (SRD) El diodo de recuperación del paso o también conocido como diodo de almacenaje de carga, tiene la característica de almacenar la carga del pulso positivo y utilizan el pulso negativo de las señales sinusoidales.  Túnel Los diodos túnel también conocidos como diodo Esaki, son utilizados como interruptor de alta velocidad (de orden nano segundos), esto se debe por poseer una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje.  Elementos discretos  Varactor 17 El diodo varactor también conocido como diodo varicap o diodo de sintonía, actúa como un condensador variable controlados por voltaje y su forma de operar es inversamente. Estos diodos tienen su fama debido a su capacidad de cambiar los rangos de capacitancia dentro del circuito en presencia de un voltaje constante.  Láser El diodo láser son LEDs que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, la cual tiene las características de estar fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente.  De cristal El diodo de cristal o también conocido como bigotes de gato es un diodo de contacto, consiste de un cable de metal afilad presionado contra un cristal semiconductor. El cristal semiconductor actúa como cátodo y el alambre metálico actúa como ando (Están obsoletos).  De avalancha Los diodos de avalancha conducen en dirección contraria cuando el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. Eléctricamente son similares a los diodos Zener, pero funcionan bajo otro fenómeno, el efecto avalancha.  Rectificador controlado por silicio Consta de tres terminales: ánodo, cátodo y una puerta. Es similar al diodo Shockley, es utilizado para fines de control cuando se aplican pequeños voltajes en el circuito.  Elementos discretos  PIN 18 Su nombre deriva de su formación P – Material P, I – Zona intrínseca y N – Material N. Los diodos PIN se emplean normalmente como resistencias variables por voltaje.  Gunn Cuando aumenta la tensión en el circuito también aumenta la corriente, después de cierto nivel de voltaje la corriente disminuirá exponencialmente.  Fotodiodo Cuando un haz de luz de suficiente energía incide en el diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga positiva. En otras palabras, el fotodiodo es un dispositivo sensible a la luz visible e incluso a la infrarroja, por lo tanto, es un diodo con sensibilidad a la luz.