Tecnologia
4t ESO
Los
diodos son unos componentes electrónicos activos que permiten el paso
de la corriente en un único sentido. Se fundamentan en las propiedades
físicas que presentan los semiconductores, unos materiales sólidos que,
en la tabla periódica de los elementos, tienen una valencia electrónica
de 4 y que, a temperatura ambiente, tienen una resistencia que se
encuentra entre los materiales aislantes y los materiales conductores .
El diodo se basa en la unión de dos materiales semiconductores,
silicio o germanio, uno de tipo P y otro de tipo N. Al de tipo P, se
añade un determinado número de impurezas (elementos de valencia 3, como
el boro) capaces de aceptar electrones. Al de tipo N, en cambio, se
añaden impurezas (elementos de valencia 5, como el fósforo) capaces de
ceder electrones. Este proceso de añadir impurezas a un material
semiconductor se denomina dopaje.
El
diodo es seguramente el componente semiconductor más sencillo. Tiene
dos terminales, llamados ánodo (zona P) y cátodo (zona N). Si se
conecta el borne positivo de una pila o fuente de alimentación en el
ánodo y el negativo al cátodo, el diodo conduce (estado de conducción)
y permite el paso de la corriente a través de ella. Cuando se encuentra
en este estado, el diodo tiene polarización directa y podemos decir que
se comporta como un interruptor cerrado.
Los
diodos son muy utilizados en fuentes de alimentación como
rectificadores, es decir, para convertir en corriente continua la
corriente alterna de la red eléctrica. También se utilizan en circuitos
limitadores, en funciones lógicas y como elementos de protección.
En el diodo cabe destacar dos valores límites importantes que es conveniente respetar para no dañarlo:
* El máximo corriente directa (IFmàx), que es la máxima intensidad que puede soportar el diodo en polarización directa
* La máxima tensión inversa (VAKr), que es la máxima tensión que puede soportar el diodo cuando se encuentra en polarización inversa y no conduce.
Estos valores están indicados en los manuales de características. A
título de ejemplo, hemos puesto al margen los valores de unos diodos de
uso corriente.
Los diodos pueden presentar, básicamente, dos tipos de averías: el
corto circuito, que sucede cuando el diodo conduce en ambos sentidos, y
la apertura, que se da cuando el diodo no conduce en ninguno de los dos
sentidos.
Un material semiconductor es aquel que tiene estructura cristalina, y en una buena disposición para dejar electrones libres.
Cada átomo tiene en su órbita externa 4 electrones, que comparte con el
átomos adyacentes formando enlaces covalentes. De modo que cada átomo
voz 8 electrones en su capa más externa, haciendo al material de baja
conductividad.
El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) cumplen estas características.
El semiconductor puro no se utiliza, ya que resulta muy difícil
conseguir liberar sus electrones. Aunque a temperatura ambiente siempre
hay enlaces trancats que tienen sus electrones libres.
Pero se pueden añadir impurezas a este material y cambia radicalmente su comportamiento.
Si en la estructura del semiconductor puro sustituye algunos átomos del
mismo por otros que tengan 3 electrones en su última capa, por ejemplo
del Indio (In), se obtiene una estructura donde aparecen huecos (h *),
donde faltan electrones para que el comportamiento del material sea
como el del neutro.
Por lo tanto este material se comporta como si estuviera cargado positivamente. Se denomina material semiconductor de tipo P.
También podemos sustituir alguno de los átomos del material neutro, por
átomos que tienen 5 electrones en su última capa, como los del
Antimonio (Sb), se obtiene una estructura onqueden electrones libres (y
-) que no pertenecen a ningún enlace y de fácil movilidad.
Por lo tanto este material se comporta como si estuviera cargado negativamente. Se denomina material semiconductor de tipo N.
Al unir estos dos material (P-N) se produce una recombinación de
electrones (e-) y huecos (h *) en la zona de unión apareciendo una zona
desierta sin portadores de carga libres.
A esta unión (P-N) se le denomina Diodo
Una característica esencial de la unión P-N es que permite el paso de corriente en un sentido y se opone en el sentido contrario.
Polaritzación inversa
La polarización de la batería obliga a los electrones (e-) de N y
huecos (h *) de P a alejarse de la unión, aumentando el ancho de la
zona desierta, e impidiendo la circulación de electrones.
El diodo se comporta como un interruptor abierto y la bombilla no lucirá. Toda la tensión cae en el diodo VR.
El cátodo de un diodo se identifica a simple vista, porque tiene
inscrito algún tipo de marca, normalmente una línea o franja circular.
Con un óhmetro también se pueden identificar los terminales de un
diodo, dado que su resistencia en polarización directa es mucho menor
que en polarización inversa.
Cuando se conecta una fuente de tensión entre los dos terminales, el
diodo se polariza. La polarización puede ser directa o inversa.
La polarización directa se produce cuando el polo positivo de la pila
se une en el ánodo y el negativo al cátodo. En este caso el diodo se
comporta como un interruptor cerrado y deja pasar la corriente
eléctrica (en realidad presenta una pequeña resistencia).
La polarización inversa se consigue conectando el polo negativo de la
pila en el ánodo y el positivo al cátodo. En este caso el diodo se
comporta como un interruptor abierto y no permite el paso de la
corriente (en realidad presenta una resistencia de gran valor).
El diodo conduce a partir de una tensión (tensión umbral) entre 0,6 y 0,7 V (silicio).
La principal utilización de este tipo de diodos es la rectificación de
corriente alterna (transformación de la corriente alterna en continua).
Existen varios tipos de diodos.
A) El díodo LED
Hay
un tipo especial de diodo, llamado diodo LED (Light Emitting Diode) o
diodo emisor de luz, muy popularizado y utilizado como indicador
luminoso del estado de un aparato (encendido, apagado, en espera,
etc.), que tiene como característica principal la emisión de luz cuando
conduce.
El LED es un componente electrónico que emite luz cuando es atravesado por una corriente eléctrica.
Se trata de un diodo semiconductor, semejante a efectos electrónicos en
el que has estudiado, pero que tiene la propiedad de transformar la
energía eléctrica en energía luminosa. Las ventajas más importantes que
presentan los LED, respecto de las bombillas piloto de filamento, son:
alto rendimiento energético, poca producción calor, vida útil muy
elevada, tamaño reducido, carcasa resistente, disponibilidad de varios
colores y consumo bajo.
Los
LED más usuales funcionan con intensidades comprendidas entre 10 y 30
mA. La luz que desprenden depende de su intensidad. Se pueden conectar
a cualquier tensión, siempre que no se sobrepase el máximo corriente
directa y la máxima tensión inversa que pueden soportar. Es por eso que
siempre se conectan con un resistor en serie que tiene la función de
limitar la intensidad de corriente que atraviesa el LED. Al margen
puedes ver el circuito típico de aplicación.
Considerando que los LED tienen una caída de tensión, entre ánodo y
cátodo, de aproximadamente 1,6 voltios, el valor en ohmios del resistor
limitador para una intensidad de 20 mA (0,020) se calcula de la
siguiente manera:
Por lo tanto, para una tensión de 9 voltios, el resistor limitador de corriente deberá ser de unos 370 ohmios. Si no existe comercialmente el valor de resistencia calculado, utilizaremos el inmediatamente superior:
B) DÍODO ZENER
Se caracteriza por mantener la tensión estable en polarización
inversa, por lo que su principal aplicación es como estabilizador de
circuitos.
Hay una gran variedad de LED en varios colores (rojo, amarillo, verde,
azul, blanco ...) y con formas diferentes (redondos, rectangulares,
triangulares ...). También se utilizan para construir indicadores
numéricos, como los llamados indicadores de siete segmentos, que se
aplican ampliamente en dispositivos e instrumentos electrónicos.
Los
LED tienen múltiples aplicaciones. Son muy utilizados en aparatos
diversos (televisores, vídeos, ordenadores, equipos de música,
lavadoras, cámaras fotográficas, cargadores de baterías, etc.) para
indicar el estado de funcionamiento.
También se utilizan en semáforos, letreros luminosos, pantallas de gran
formato, y en mandos a distancia que sirven para emitir luz de
frecuencia no visible y rayos láser en lectores ópticos de CD y DVD.
Para facilitar la identificación de los terminales de un diodo LED, el
fabricante suele indicar el cátodo con una muesca o zona plana en el
encapsulado y haciendo el terminal más corto.
CONTACTA: Mario Domenech
i Conxita
Sabartrés
