Curso De Electronica

CURSO DE ELECTRÓNICA

UNIDAD I

DIODO

UNIDAD II

TRANSISTOR BIPOLAR DE UNIÓN

UNIDAD III

AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS DE TIEMPO

UNIDAD IV

PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL

UNIDAD V

PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

UNIDAD VI

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

UNIDAD I

DIODOS

1.1 Conducción en semiconductores.

1.2 Semiconductores contaminados y unión PN.

1.3 Curva característica y especificaciones.

1.4 Circuitos rectificadores.

1.5 Circuitos limitadores de nivel.

1.6 Diodo Zener.

1.7 Regulación con diodo Zener.

DIODOS

Los diodos realizan una gran variedad de funciones entre ellas, la rectificación de señales de corriente alterna en fuentes de poder y en radios AM, reguladores de voltaje, formadores de onda, duplicadores de voltaje, selectores de frecuencia, detectores de FM, disparadores, indicadores luminosos, detectores de haz, generadores láser, etc. Las aplicaciones de los diodos son muchas y muy variadas; de ahí la importancia de conocerlos mas a fondo.

Los diodos semiconductores como su nombre lo indica, son dispositivos conformados por dos uniones de material semiconductor, una tipo P y otra tipo N. Su nombre proviene de la contracción de las palabras”dos electrones”, en ingles. En la actualidad, la palabra diodo se utiliza de manera más amplia para definir muchos dispositivos semiconductores que únicamente tienen dos terminales de conexión; esto a pesar de que su formación interna sea de mas de dos secciones de material semiconductor.

A la sección P de un diodo se le conoce con el nombre de ánodo y a la sección N con el cátodo.

En la codificación de diodos se distinguen tres códigos fundamentales, que son:

 Europeo (PROELECTRÓN)

 Americano (JEDEC)

 Japonés (JIS)

Habitualmente se utiliza la codificación europea o americana.

1. Código europeo (PROELECTRÓN).-Dispone de dos o tres letras seguidas de un número (que también puede tener alguna letra intermedia).La primera letra indica el material utilizado (A al Germanio, B al Silicio). Las otras letras son relativas a la aplicación.

2. Código americano (JEDEC).- El código americano empieza con 1N (una unión) seguido de un número sin ninguna significación especial que no sea de identificación en catálogo.

Evidentemente estas distintas codificaciones dan lugar a que diodos con códigos diferentes puedan ser equivalentes.

Cuando un diodo se encuentra en polarización directa, los electrones libres de la sección N y los huecos de la sección P son repelidos hacia la unión P-N debido al voltaje aplicado por la fuente externa.

Si el voltaje de polarización es mas que el de la barrera de potencial, entonces un electrón de la sección N cruzara a través de la unión para recombinarse con un hueco de la sección P, el desplazamiento de los electrones hacia la unión, genera iones positivos dentro de la sección N, los cuales atraen a los electrones del conductor externo hacia el interior de cristal.

Una vez dentro, los electrones pueden desplazarse también hacia la unión para recombinarse con los electrones de la unión P, mismos que se convierten en electrones de valencia y son atraídos por el polo positivo del conductor externo; entonces salen del cristal (semiconductor P), y de ahí se dirigen hacia la batería.

El hecho de que un electrón de valencia en la sección P se mueva hacia el extremo izquierdo, es equivalente a que un hueco se desplace hacia la unión. Este proceso de flujo de corriente en el diodo se mantiene en tanto exista la polarización directa con el voltaje mayor a la barrera de potencial.

Si el diodo esta polarizado de manera inversa, los huecos de la sección P son atraídos hacia el polo negativo de la batería y los electrones de la sección N son atraídos hacia el polo positivo. Puesto que huecos y electrones se alejan de la unión, la zona de deplexión crece de acuerdo con el valor del voltaje inverso aplicado a las terminales del diodo. Por tanto, la zona de deplexión deja de aumentar cuando tiene una diferencia de potencial igual al valor de la tensión inversa aplicada con la zona de deplexión aumentada, no circula entonces la corriente eléctrica; la razón es que el positivo, en cierta forma, aumentó el máximo de sus resistencia eléctrica interna.

Aunque de manera practica consideramos que no hay flujo de corriente eléctrica a través del diodo de polarización inversa, realmente si se genera un pequeño flujo de corriente eléctrica inversa.

El calor del ambiente hace que de manera espontánea se generen pares (hueco-electrón) suficiente para mantener un diminuto flujo de corriente eléctrica. A la corriente eléctrica también se ele conoce como “corriente de portadores minoritarios”.

Hay otra corriente que se genera de manera paralela a la corriente inversa, y es la eléctrica superficial de fugas; esta es producida por impurezas de la superficie del cristal e imperfecciones en sus estructura interna.

1.1 Conducción en semiconductores

Un semiconductor es un componente que no es directamente un conductor de corriente, pero tampoco es un aislante. En un conductor la corriente es debida al movimiento de las cargas negativas (electrones). En los semiconductores se producen corrientes producidas por el movimiento de electrones como de las cargas positivas (huecos). Los semiconductores son aquellos elementos pertenecientes al grupo IV de la tabla Periódica (Silicio, Germanio, etc.).

En los átomos de silicio y germanio, los electrones se mantienen juntos con suficiente fuerza. Los electrones interiores se encuentran a gran profundidad dentro del átomo, mientras que los electrones de valencia son parte del enlace covalente: no pueden desprenderse sin recibir una considerable cantidad de energía. Generalmente a estos se le introducen átomos de otros elementos, denominados impurezas, de forma que la corriente se deba primordialmente a los electrones o a los huecos, dependiendo de la impureza introducida. Otra característica que los diferencia se refiere a su resistividad, estando ésta comprendida entre la de los metales y la de los aislantes.

El germanio es un ejemplo de semiconductor, tiene cuatro electrones en su orbital de valencia. Hace unos años el germanio era el único material adecuado para la fabricación de dispositivos semiconductores. Sin embargo estos dispositivos de germanio tenían un grave inconveniente, que no pudo ser resuelto por los ingenieros: su excesiva corriente inversa.

Mas tarde otro semiconductor, el silicio, se hizo mas practico dejando obsoleto al germanio en la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Después del oxigeno el silicio es el elemento mas abundante en la tierra.

El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la figura 1, indica el sentido permitido de la corriente.

• presenta resistencia nula.

• presenta resistencia infinita.

Mediante el siguiente ejemplo se pretende mostrar el funcionamiento ideal de un diodo en circuito sencillo.

Figura 1.1: Ejemplo de funcionamiento del diodo ideal.

Según está colocada la fuente, la corriente debe circular en sentido horario.

En el circuito de la izquierda, el diodo permite dicha circulación, ya que la corriente entra por el ánodo, y éste se comporta como un interruptor cerrado. Debido a esto, se produce una caída de tensión de 10V en la resistencia, y se obtiene una corriente de 5mA.

En el circuito de la derecha, el diodo impide el paso de corriente, comportándose como un interruptor abierto, y la caída de tensión en la resistencia es nula: los 10V se aplican al diodo.

2.2.1 Principales características comerciales

A la hora de elegir un diodo para una aplicación concreta se debe cuidar que presente unas características apropiadas para dicha aplicación. Para ello, se debe examinar cuidadosamente la hoja de especificaciones que el fabricante provee.

Las características comerciales más importantes de los diodos que aparecen en cualquier hoja de especificaciones son:

1. Corriente máxima en directa, IFmax o IFM (DC forward current): Es la corriente continua máxima que puede atravesar el diodo en directa sin que este sufra ningún daño, puesto que una alta corriente puede provocar un calentamiento por efecto Joule excesivo. Los fabricantes suelen distinguir tres límites:

o Corriente máxima continua (IFM)

o Corriente de pico transitoria (Peak forward surge current), en la que se especifica también el tiempo que dura el pico

o Corriente de pico repetitivo (Recurrent peak forward

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