INTRODUCCIÓN

Hemos visto que un diodo semi conductor
puede estar polarizado tanto en directa como inversamente.

En directa se comporta como una pequeña resistencia.

En inversa se comporta como
una gran resistencia.

Veremos ahora un diodo de especia

les características que recibe el nombre de diodo zener

El diodo zener trabaja exclusivame

nte en la zona de característica inversa y, en particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa

Esta tensión de ruptura depende de las características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizad

o en directa actua como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado

EFECTO ZENER

El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones inversas que originan, debido a la característica constitución de los mismos, fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los átomos dejando así electrones libres capaces de establecer la conducción

. Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión inversa nominal y superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la tensión en bornas del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por él.

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO ZENER

El simbolo del diodo zener es

Tres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener entre si:

a.- Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener.- Es la tensión que el zener va a mantener constante.

b.- Coriente mínima de funcionamiento.- Si la corriente a través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensión en sus bornas

c.- Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante, nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.

Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensión en sus bornas a un valor llamado tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor minimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si superamos el valor de esta corriente el zener se destruye.

Las siguientes redacciones no van encausadas a crear una enciclopedia de consulta, de la cual pueda obtener información para investigaciones, ello por que el vocabulario utilizado no es del tipo científico, ya que contiene tecnicismos y definiciones propias, pretendiendo así que la lectura de los temas sea de fácil comprensión.

Con ello se intenta que los usuarios adquieran los principios básicos de la electrónica analógica y puedan entonces hacerse partícipes en el foro de electrónica o simplemente que los temas que encuentren en el foro, puedan comprenderlos e interesarse en ellos.

NOTAS:
1.- Es necesario Activar Animaciones de páginas web para ver los gifs animados

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DIODOS

Existen variados Tipos de Diodos
- Rectificador.--Como su nombre lo dice es utilizado para permitir el paso de corriente en un solo sentido.
- Led-- Como indicador visual
- Baritt.
- De Avalancha.
- De Capacidad Variable Varicap, a diferentes niveles de tensión su Vd, varía, comportándose de manera semejante a un capacitor variable.
- De Conmutación
- Semiconductor.
- De Señal
- De Unión
- Esaki
- Gunn
- Impatt
- Láser-- Indicadores, curación, cortes de materiales, transmisión de datos...
- Pin
- Schottky-- A veces se utiliza en las baterías que están alimentadas por celdas solares para proteger la batería.
- Schokley
- Trappat
- Túnel-- En corriente Directa al aumentar el voltaje su corriente disminuye notablemente hasta que vuelve aumentar y se mantiene.
- Unitúnel
- Zener--Como regulador de voltaje, recortador, rectificador...

En el desarrollo del curso solo trataremos los primeros 2 tipos, RECTIFICADORES Y LED.

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DIODOS RECTIFICADORES

*Son elementos semiconductores, lo cuál significa que están entre los conductores y los aislantes, están conformados por una unión pn. La cuál al polarizarse inversamente, crea una región de vaciamiento entre la unión ya que los portadores son atraídos a los extremos, por lo cuál no conduce y se comporta como un interruptor abierto.

*Al polarizarlo en directa, los portadores empiezan a fluir en la unión siempre y cuando el voltaje de polarización sea mayor a un voltaje de bloqueo que presenta el diodo llamado voltaje pico.

*Su composición puede ser a base de germanio con un Voltaje Pico de .3V o lo que es más común y barato de silicio con un Vp.= .7V. El Vp. Es el voltaje a partir del cuál el diodo empieza a conducir. Si la fuente de voltaje proporciona menos de Vp. el diodo nunca conducirá.

*Dependiendo de cómo polaricemos el Diodo, se comportará como interruptor cerrado (conductor) o interruptor abierto (aislante).

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DIODOS EN CORRIENTE DIRECTA

-POLARIZACIÓN DIRECTA:
Es cuando el Ánodo (+), se conecta al positivo de la Fuente de Voltaje, (+) con (+) y (-) con (-). Entonces el diodo se comporta como interruptor cerrado y permite el paso de la corriente. Tal y como se muestra en la animación.

-POLARIZACIÓN INVERSA:
Ocurre cuando el Cátodo (-) se une al Positivo (+) de la fuente de voltaje. Lo que tenemos entonces es un interruptor abierto por el cuál no fluye corriente. Si el voltaje en inversa es muy grande, ocurre una ruptura de la unión y empieza a fluir corriente pero el diodo es ya inservible.
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DIODOS EN CORRIENTE ALTERNA

Anteriormente, se trató el comportamiento de un diodo en Corriente Directa (CD), la cuál comúnmente es obtenida de baterías, fluye en un solo sentido del polo positivo (+), al negativo (-). Por tanto, el diodo siempre estaba en una de las 2 polarizaciones, directa o inversa.

En el caso de la Corriente Alterna (CA), “la que se obtiene de los tomacorrientes caseros”, la corriente fluye en ambos sentidos, “va y viene”, un semiciclo polariza al diodo en directa y al siguiente en inversa.

La corriente alterna en sí no tiene polaridad como en una batería, pero para hacerlo más fácil de comprender, llamaremos positivo (+) al semiciclo que polariza en directa al diodo, y negativo (-) al que lo polariza en inversa.

En la animación, se muestra la forma de onda senoidal, perteneciente a la CA, iniciando con un semiciclo (+), partiendo de un voltaje de 0v, hasta el voltaje máximo y comienza descender, pasando por el punto de los 0v e iniciando el semiciclo (-).

Durante los semiciclos (+), la fuente de CA, polariza directamente al diodo, quedando el (+) de la fuente con el (+) del diodo y el (-) con (-). Durante todo este semiciclo, el diodo conduce comportándose como un interruptor cerrado.

Al pasar al semiciclo (-), el diodo queda polarizado inversamente, por lo tanto no conduce y se comporta como un interruptor abierto.

NOTA: Los diodos, se están considerando como ideales, lo que significa que no necesitan un cierto voltaje para que ocurra intercambio de portadores a través de la unión. Por ello no consideramos el voltaje pico, para un diodo real, a pesar de que el diodo estuviese polarizado directamente por la fuente, si esta no proporciona más del voltaje pico, el diodo nunca conducirá.

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DIODOS EMPLEADOS PARA RECTIFICAR CA

1.-MEDIA ONDA

El último diagrama presentado (Diodo + fuente de CA), es mejor conocido como rectificador de media onda, por el motivo de que solo durante un semiciclo conduce.

Si en serie con el diodo, colocamos una carga = resistencia, por ejemplo un foco, solo encenderá durante el semiciclo durante el cuál el diodo conduce, el cuál es el (+).

Por lo tanto, el foco estará parpadeando, ello se muestra en la animación, en esta ocasión, ya no representaré al diodo como interruptor cerrado y abierto, confiando en que eso ya quedó entendido, de igual manera omití las flechas de flujo de corriente, solo cabe recordar que durante el semiciclo (+), el diodo se polariza en directa = interruptor cerrado, con lo cuál la corriente fluye a través de todo el circuito y el foco enciende, en el semiciclo (-), el diodo se polariza en inversa y no conduce, no hay flujo de corriente a través del circuito y por tanto el foco no enciende.

En este caso le conecte un foco para tener una salida visual, las ondas que se muestran son las que veríamos si conectáramos un osciloscopio, en lugar el foco podría colocarse un motor…

La salida, es el conjunto de los semiciclos (+), a los cuales el diodo les permitió el paso, los semiciclos (-), son bloqueados por el diodo y no llegan al foco, por eso no aparecen a la salida..

Tenemos entonces que mientras que la entrada era un voltaje de CA “semiciclos (+) y (-)”, la salida en un voltaje de Corriente Directa CD, al poseer solo semiciclos (+).

Con un arreglo de 2 diodos se puede aprovechar el semiciclo negativo, ese rectificador es llamado de onda completa, pero no lo explicaré ya que no es muy utilizado, si alguien tiene interés en el hágamelo saber y se tratará el tema.

2.- RECTIFICADOR TIPO PUENTE

El rectificador tipo puente, es el más utilizado, es común encontrarlo en las fuentes de voltaje de casi todos los equipos.

Consta del arreglo de 4 diodos, de los cuáles 2 conducen en cada semiciclo mientras los otros están en inversa sin conducir.

Volveré a recurrir a la utilización de flechas para indicar por que diodos y en que dirección a través de la carga fluye la corriente, en la animación la carga, una vez más es representada por un foco.

Durante el semiciclo (+), D1 y D3, son polarizados directamente por la fuente de CA, D1 conduce la corriente a través de la carga y a través de D3 la corriente regresa a la Fuente CA a su polo (-). Durante este semiciclo D2 y D4 están polarizados en inversa por tanto no conducen.

En el semiciclo (-), los que estarán en inversa serán D1 y D3, mientras D2 y D4 son polarizados en directa, D2 empieza a conducir a través de la carga y la corriente regresa por D4.

La salida obtenida del rectificador, llega a la carga de manera unidireccional, lo que equivale a un solo sentido, de (+) a (-), lo que es mejor conocido como Corriente Directa (CD).

Con este arreglo de diodos, se aprovechan los 2 semiciclos de la señal de entrada.

Recordando que un ciclo, ocurre al volver al punto de inicio, en la señal de entrada CA, un ciclo completo consta de 2 semiciclos (+) y (-). En la animación, cada semiciclo dura 6 segundos, por tanto un ciclo completo ocurre cada 12 segundos. Tenemos entonces que la frecuencia de la señal de entrada es = 1/12 = .0833 = 83.3 milihertz.

Al pasar por el rectificador, el semiciclo (-), es “convertido” en (+), por ello, en la señal de salida no existe semiciclo (-), entonces cada ciclo inicia en 0 V, asciende hasta su valor pico y termina cuando este desciende. Con lo cuál obtenemos que, cada ciclo ocurre cada 6 segundos = 1/6 = .166 = 166 milihertz.

Lo anterior, revela que este tipo de rectificador, tiene como ventaja que aprovecha ambos semiciclos, con lo cuál se duplica la frecuencia con que la corriente llega a la carga y en nuestro caso el foco seguirá parpadeando, pero ahora será por el hecho de que la CA baja hasta 0v para luego volver a subir.

Para resolver esa caída de tensión se utilizan filtros pero eso se verá más adelante.