Aula Z Tecnologia 4t ESO

components actius:díodes



SimbologiaEls 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.


Simbologia

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.

DíodesEl 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.



Valors dels díodes


Valors díodesEls 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:

  • el màxim corrent directe (IFmàx), que és la màxima intensitat que pot suportar el díode en polarització directa
  • la màxima tensió inversa (VAKr), que és la màxima tensió que pot suportar el díode quan es troba en polarització inversa i no condueix.

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.

Díodes



Funcionament d'un díode


Llegenda


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.



Material semiconductor


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.

Material 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.



Material N

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

Unió NP        Simbologia


Polarització del 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

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).
Polarització del díode     Simbologia


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.


Tipus de díodes


LEDA) 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.


Circuit LEDEls 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:
Fórmula

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

LEDDíode 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.

LEDEls 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.



 
Aula Z                            CONTACTA:  Mario Domenech i Conxita Sabartrés  Licencia de Creative Commons
Valid CSSValid html 4.01Valid WAI 1.0 AAA