Tecnologia
4t ESO
Els díodes
són uns components electrònics actius que permeten el pas del corrent
en un únic sentit. Es fonamenten en les propietats físiques que
presenten els semiconductors, uns materials sòlids que, en la taula
periòdica dels elements, tenen una valència electrònica de 4 i que, a
temperatura ambient, tenen una resistència que es troba entre els
materials aïllants i els materials conductors.
El díode
es basa en la unió de dos materials semiconductors, silici o germani,
un de tipus P
i un altre de tipus
N. Al de tipus P, s’hi
afegeix un
determinat nombre d’impureses (elements de valència 3, com el bor)
capaces d’acceptar electrons. Al de tipus N, en canvi,
s’hi afegeixen
impureses (elements de valència 5, com el fòsfor) capaces de cedir
electrons. Aquest procés d’afegir impureses a un material semiconductor
s’anomena dopatge.
El díode és segurament
el component semiconductor més senzill. Té dos terminals, anomenats
ànode (zona P) i càtode (zona N). Si es connecta el born positiu d’una
pila o font d’alimentació a l’ànode i el negatiu al càtode, el díode
condueix (estat de conducció) i permet el pas del corrent a través seu.
Quan es troba en aquest estat, el díode té polarització directa
i podem
dir que es comporta com un interruptor tancat.
Els
díodes són molt utilitzats en fonts d’alimentació com a rectificadors,
és a dir, per convertir en corrent continu el corrent altern de la
xarxa elèctrica. També s’utilitzen en circuits limitadors, en funcions
lògiques i com a elements de protecció.
En el díode cal destacar dos valors límits importants que és convenient
respectar per no fer-lo malbé:
Aquests valors estan indicats en els manuals de característiques. A títol d’exemple, hem posat al marge els valors d’uns díodes d’ús corrent.
Els díodes poden presentar, bàsicament, dos tipus d’avaries: el curt circuit, que succeeix quan el díode condueix en ambdós sentits, i l’obertura, que es dóna quan el díode no condueix en cap dels dos sentits.
Un material semiconductor és aquell que té estructura cristal·lina, i en una bona disposició per deixar electrons lliures.
Cada àtom té en la seva òrbita externa 4 electrons, que comparteix amb el àtoms adjacents formant enllaços covalents. De manera que cada àtom veu 8 electrons en la seva capa més externa, fent al material de baixa conductivitat.
El Silici (Si) i el Germani (Ge) compleixen aquestes característiques.
El semiconductor pur no s'utilitza, ja que resulta molt difícil aconseguir alliberar els seus electrons. Encara que a temperatura ambient sempre hi ha enllaços trancats que tenen els seus electrons lliures.
Però es poden afegir impureses a aquest material i canvia radicalment el seu comportament.
Si en l'estructura del semiconductor pur subtituim alguns àtoms d'aquest per uns altres que tinguin 3 electrons en la seva última capa, per exemple l'Indi (In), s'obté una estructura on apareixen buits (h*), on falten electrons perquè el comportament del material sigui com el del neutre.
Per tant aquest material es comporta com si estigués carregat positivament. Es denomina material semiconductor de tipus P.
També podem substituir algun dels àtoms del material neutre, per àtoms que tenen 5 electrons en la seva última capa, com els de l'Antimoni (Sb), s'obté una estructura onqueden electrons lliures(i -) que no pertanyen a cap enllaç i de fàcil mobilitat.
Per tant aquest material es comporta com si estigués carregat negativament. Es denomina material semiconductor de tipus N.
Quan unim aquests dos material (P-N) es produeix una recombinació d'electrons (i-) i buits (h*) a la zona d'unió apareixent una zona deserta sense portadors de càrrega lliures.
A aquesta unió (P-N) se li denomina Díode
Una característica essencial de la unió P-N és que permet el pas de corrent en un sentit i s'oposa en el sentit contrari.
Polarització inversa
La polarització de la bateria obliga als electrons (i-) de N i buits (h*) de P a allunyar-se de la unió, augmentant l'ample de la zona deserta, i impedint la circulació d'electrons.
El díode es comporta com un interruptor obert i la bombeta no lluirà. Tota la tensió cau en el díode VR.
El càtode d’un díode s’identifica a simple cop d’ull, perquè té
inscrit algun tipus de marca, normalment una línia o franja circular.
Amb un òhmmetre també es poden identificar els terminals d’un díode,
atès que la seva resistència en polarització directa és molt menor que
en polarització inversa.
Quan es connecta una font de tensió entre els dues terminals, el díode
es polaritza. La polarització pot ser directa o inversa.
La polarització
directa es produeix quan el pol positiu de la pila
s'uneix a l'ànode i el negatiu al càtode. En aquest cas el díode es
comporta com un interruptor tancat i deixa passar el corrent elèctric
(en realitat presenta una petita resistència).
La polarització
inversa s'aconsegueix connectant el pol negatiu de la
pila a l'ànode i el positiu al càtode. En aquest cas el díode es
comporta com un interruptor obert i no permet el pas del corrent (en
realitat presenta una resistència de gran valor).
El díode condueix a partir d'una tensió (tensió llindar) entre 0,6 i
0,7 V (silici).
La principal
utilització d'aquest tipus de díodes és la rectificació
de
corrent altern (transformació del corrent altern en contínua).
Existeixen diversos tipus de díodes.
A) El díode LED
Hi
ha un tipus especial de díode, anomenat díode LED (Light Emitting
Diode) o díode emissor de llum, molt popularitzat i utilitzat com a
indicador lluminós de l’estat d’un aparell (encès, apagat, en espera,
etc.), que té com a característica principal l’emissió de llum quan
condueix.
El LED és un component electrònic que emet llum quan és travessat per un corrent elèctric.
Es tracta d’un díode semiconductor, semblant a efectes electrònics al que has estudiat, però que té la propietat de transformar l’energia elèctrica en energia lluminosa. Els avantatges més importants que presenten els LED, respecte de les bombetes pilot de filament, són: alt rendiment energètic, poca producció de calor, vida útil molt elevada, mida reduïda, carcassa resistent, disponibilitat de diversos colors i consum baix.
Els
LED més usuals funcionen amb intensitats compreses entre 10 i 30 mA. La
llum que desprenen depèn de la seva intensitat. Es poden connectar a
qualsevol tensió, sempre que no se sobrepassi el màxim corrent directe
i la màxima tensió inversa que poden suportar. És per això que sempre
es connecten amb un resistor en sèrie que té la funció de limitar la
intensitat de corrent que travessa el LED. Al marge pots veure’n el
circuit típic d’aplicació.
Considerant que els LED tenen una caiguda de tensió, entre ànode i
càtode, d’aproximadament 1,6 volts, el valor en ohms del resistor
limitador per a una intensitat de 20 mA (0,020A) es calcula de la
manera següent:
Per tant, per a una tensió de 9 volts, el resistor limitador de
corrent haurà de ser d’uns 370 ohms. Si no existeix comercialment el
valor de resistència calculat, utilitzarem l’immediatament superior.
B) DÍODE ZENER
Es caracteritza per mantenir la tensió estable en polarització
inversa, per la qual cosa la seva principal aplicació és com a
estabilitzador de circuits.
Hi ha una gran varietat de LED en diversos colors (vermell, groc,
verd, blau, blanc...) i amb formes diferents (rodons, rectangulars,
triangulars...). També s’utilitzen per construir indicadors numèrics,
com els anomenats indicadors de set segments, que s’apliquen àmpliament
en dispositius i instruments electrònics.
Els
LED tenen múltiples aplicacions. Són molt emprats en aparells diversos
(televisors, vídeos, ordinadors, equips de música, rentadores, càmeres
fotogràfiques, carregadors de bateries, etc.) per indicar l’estat de
funcionament.
També s’utilitzen en semàfors, rètols lluminosos, pantalles de gran
format, i en comandaments a distància que serveixen per emetre llum de
freqüència no visible i raigs làser en lectors òptics de CD i DVD.
Per facilitar la identificació dels terminals d’un díode LED, el
fabricant sol indicar el càtode amb una osca o zona plana en
l’encapsulat i fent-ne el terminal més curt.
CONTACTA: Mario Domenech
i Conxita
Sabartrés
