el diodo seminiconductor
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7/31/2019 El Diodo Seminiconductor
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EL DIODO SEMINICONDUCTOR
1. En el laboratorio, la curva caracterstica de la tensin de disparo del diodo se
aproxima a:
a) 0.3v b) 0.7 v c) 1v d) 1.2v
Respuesta justificada:
Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el
efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo,
depende sobre todo del diseo del mismo.
2. Polarizacin directa la resistencia cc del diodo disminuye cuando:
a) La corriente aumenta
b) La razn aumenta
c) El diodo disminuye
d) La razn disminuye
Respuesta justificada:
En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial,
permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el
diodo polarizado directamente conduce la electricidad.
Para que un diodo est polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de
la batera al nodo del diodo y el polo negativo al ctodo. En estas condiciones
podemos observar que:
El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con
lo que estos electrones se dirigen hacia la unin p-n.
El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal
p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n.
Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor
que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joulehttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule -
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libres del cristal n, adquieren la energa suficiente para saltar a los huecos
del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unin p-n.
Una vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la
zona de carga espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p
convirtindose en electrn de valencia. Una vez ocurrido esto el electrnes atrado por el polo positivo de la batera y se desplaza de tomo en
tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el
hilo conductor y llega hasta la batera.
De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de
valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hasta el
final.
3. Un diodo acta como una resistencia de alto valor cuando:
a) La corriente es alta
b) Esta directamente polarizado
c) Esta inversamente polarizado
d) Esta en corto circuito
4. Cul o cuales de las siguiente afirmaciones describe la parte de la curva del diodo
que esta sobre la barrera de potencial en la polarizacin directa?
a) Esta parte de la curva se torna horizontal
b) La tensin en esta parte de la curva aumenta rpidamente
c) La corriente en esta parte de la curva aumenta rpidamente
d) La resistencia cc aumenta rpidamente en esta parte de la curva
Respuesta justificada:
De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos
regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un
circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado
con una resistencia elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se
les suele denominarrectificadores, ya que son dispositivos capaces de
suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para convertir
http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador -
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una corriente alterna encorriente continua. Su principio de funcionamiento
est basado en los experimentos de Lee De Forest.
5. Cul de las siguientes afirmaciones describe la curva del diodo cuando esta
inversamente polarizado?
a) La razn II / VI es alta
b) La resistencia cc es baja
c) La corriente es aproximadamente cero debajo la tensin de ruptura
Respuesta justificada:
En este caso, el polo negativo de labatera se conecta a la zona p y el polo positivo a
la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona
hasta que se alcanza el valor de la tensin de la batera, tal y como se explica a
continuacin:
El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales
salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta
llegar a la batera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los
tomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en
el orbital de conduccin, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia,
versemiconductory tomo) y una carga elctrica neta de +1, con lo que se
convierten en iones positivos.
El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la
zona p. Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo
que una vez que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen
solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco.
El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p,
caen dentro de estos huecos con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad
(8 electrones en su orbital de valencia) y una carga elctrica neta de -1,
convirtindose as en iones negativos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Foresthttp://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Foresthttp://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo -
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Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el
mismopotencial elctrico que la batera.
En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de
latemperatura se formarn pares electrn-hueco a ambos lados de la unin produciendo una
pequea corriente (del orden de 1 A) denominada corriente inversa de saturacin. Adems,
existe tambin una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio
nombre indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo; ya que en la
superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos para realizar los
cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los tomos de la
superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia
con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. No obstante, al igual que la
corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fuga es despreciable.
6. Describe resumidamente las diferencias de un diodo y un resistor comn:
Pues bien, una resistencia 'resiste' el flujo de corriente en un circuito de acuerdo con "Ley
de Ohm '. Resistencias pueden ser valores fijos o variables, algunas se ajustan con una
resistencia mando a otros a cambiar dependiendo del nivel de luz, temperatura, etc.
Un diodo es un semiconductor que, en su forma ms simple permite que la corriente en
una direccin pero no el otro.
Los diodos se utilizan para (entre otras cosas), proteccin contra polaridad invertida,
demodulacin de radio / deteccin, puertas lgicas, iluminacin (LED son diodos),
lseres, proteccin contra sobretensiones, AC> DC de conversin, etc.
7. Si usted necesita ajustar un valor fijo de corriente en un diodo, es mejor usar un valorde tensin bajo o alto. Justifique.
.
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperio -
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8. Explique cada uno de los tipos de diodos existentes.
Existen varios tipos de diodos, de algunos ya se habl en otra pgina y de los cuales
haremos mencin en esta, con este tipo de componente te vas a encontrar en todos los
aparatos electrnicos, ya que es un componente de importancia. Vamos a resaltar los que
de alguna forma son los ms usados y de importancia, trataremos a cada uno de estos en
resumen.
a) DIODOS RECTIFICADORES:Los diodos rectificadores son los que en principio
conocemos, estos facilitan el paso de la corriente continua en un slo sentido
(polarizacin directa), en otras palabras, si hacemos circular corriente alterna a travsde un diodo rectificador esta solo lo har en la mitad de los semiciclos, aquellos que
polaricen directamente el diodo, por lo que a la salida del mismo obtenemos una
seal de tipo pulsatoria pero contina. Se conoce por seal o tensin continua aquella
que no vara su polaridad.
b) DIODOS DE TRATAMIENTO DE SEAL (RF): Los diodos de tratamiento de
seal necesitan algo ms de calidad de fabricacin que los rectificadores. Estos
diodos estn destinados a formar parte de etapas moduladoras, demoduladoras,
mezcla y limitacin de seales, etc.
Uno de los puntos ms crticos en el diodo, al momento de trabajar con media y alta
frecuencia, se encuentra en la "capacidad de unin", misma que se debe a que en la
zona de la Unin PN se forman dos capas de carga de sentido opuesto que conforman
una capacidad real.
En los diodos de RF (radio frecuencia) se intenta que dicha capacidad sea reducida a
su mnima expresin, lo cual ayudar a que el diodo conserve todas sus habilidades
rectificadoras, incluso cuando trabaje en altas frecuencias.
Entre los diodos ms preparados para lidiar con las altas frecuencias destaca el diodo
denominado Schottky. Este diodo fue desarrollado a principio de los sesenta por la
firma Hewletty, deriva de los diodos de punta de contacto y de los de unin PN de los
que han heredado el procedimiento de fabricacin.
c) DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP):
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La capacidad formada en los extremos de la unin PN puede resultar de gran utilidad
cuando, al contrario de lo que ocurre con los diodos de RF, se busca precisamente
utilizar dicha capacidad en provecho del circuito en el cual se est utilizando el
diodo. Al polarizar un diodo de forma directa se observa que, adems de las zonas
constitutivas de la capacidad buscada, aparece en paralelo con ellas una resistencia de
muy bajo valor hmico, lo que conforma un capacitor de elevadas prdidas. Sin
embargo, si polarizamos el mismo en sentido inverso la resistencia en paralelo que
aparece es de un valor muy alto, lo cual hace que el diodo se pueda comportar como
un capacitor con muy bajas prdidas.
Si aumentamos la tensin de polarizacin inversa las capas de carga del diodo se
esparcan lo suficiente para que el efecto se asemeje a una disminucin de la
capacidad del hipottico capacitor (el mismo efecto producido al distanciar las placas
del un capacitor estndar).
Por esta razn podemos terminar diciendo que los diodos de capacidad variable, ms
conocidos como varicap's, varan su capacidad interna al ser alterado el valor de la
tensin que los polariza de forma inversa.
La utilizacin ms solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a
complejos sistemas mecnicos de capacitor variable en etapas de sintona en todo
tipo de equipos de emisin y recepcin, ejemplo, cuando cambiamos la sintona de
un receptor antiguo, se vara mecnicamente el eje de un capacitor variable en la
etapa de sintona; pero si por el contrario, pulsamos un botn de sintona de un
receptor de televisin moderno, lo que hacemos es variar la tensin de polarizacin
de un diodo varicap que se encuentra en el mdulo sintonizador del TV.
d) DIODO ZENER: Cuando se estudian los
diodos se recalca sobre la diferencia que
existe en la grfica con respecto a la
corriente directa e inversa. Si polarizamos
inversamente un diodo estndar y aumentamos la tensin llega un momento en que se
origina un fuerte paso de corriente que lleva al diodo a su destruccin. Este punto se
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da por la tensin de ruptura del diodo.
Se puede conseguir controlar este fenmeno y aprovecharlo, de tal manera que no se
origine la destruccin del diodo. Lo que tenemos que hacer el que este fenmeno se
d dentro de mrgenes que se puedan controlar.
El diodo zener es capaz de trabajar en la regin en la que se da el efecto del mismo
nombre cuando las condiciones de polarizacin as lo determinen y volver a
comportarse como un diodo estndar toda vez que la polarizacin retorne a su zona
de trabajo normal. En resumen, el diodo zener se comporta como un diodo normal, a
no ser que alcance la tensin zener para la que ha sido fabricado, momento en que
dejar pasar a travs de l una cantidad determinada de corriente.
Este efecto se produce en todo tipo de circuitos reguladores, limitadores y
recortadores de tensin.
e) FOTODIODOS:
Algo que se ha
utilizado en favor de la tcnica electrnica moderna es la influencia de la energa
luminosa en la ruptura de los enlaces de electrones situados en el seno constitutivo de un
diodo. Los fotodiodos no son diodos en los cuales se ha optimizado el proceso decomponentes y forma de fabricacin de modo que la influencia luminosa sobre su
conduccin sea la mxima posible. Esto se obtiene, por ejemplo, con fotodiodos de
silicio en el mbito de la luz incandescente y con fotodiodos de germanio en zonas de
influencia de luz infrarroja.
f) DIODOS LED (LUMINISCENTES): Este tipo de diodos es
muy popular, sino, veamos cualquier equipo electrnico y
veremos por lo menos 1 ms diodos led. Podemos encontrarlos en diferentes
formas, tamaos y colores diferentes. La forma de operar de un led se basa en la
recombinacin de portadores mayoritarios en la capa de barrera cuando se polariza
una unin Pn en sentido directo. En cada recombinacin de un electrn con un hueco
se libera cierta energa. Esta energa, en el caso de determinados semiconductores, se
irradia en forma de luz, en otros se hace de forma trmica.
Dichas radiaciones son bsicamente monocromticas (sin color). Por un mtodo de
"dopado" del material semiconductor se puede afectar la energa de radiacin del
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diodo.
El nombre de LED se debe a su abreviatura en ingls (Light Emmiting Diode)
Adems de los diodos led existen otros diodos con diferente emisin, como la
infrarroja, y que responden a la denominacin IRED (Diodo emisor de infra-rojos).
9. Explique las aplicaciones de cada uno de los tipos de diodos
existentes.
APLICACIONES DEL DIODO RECTIFICADOR
Hasta ahora hemos visto el funcionamiento del diodo, sus caractersticas fsicas,
conductivas, etc. Pero lo ms interesante es echar un vistazo a algunas de sus posiblesaplicaciones.
PROTECCIN DE POLARIDAD
Imaginemos cualquier circuito que funcione con una pila. Si invertimos la polaridad de la
pila (aplicndole su polo negativo a donde debera ir el positivo y viceversa) es posible
que el circuito se estropee. Todos conocemos el sistema de muelles que llevan muchos
aparatos, como despertadores y walkman, para evitar que las pilas puedan colocarse de
manera incorrecta, pero una solucin ms elegante (y ms recomendable para circuitoscomplejos) es colocar un diodo rectificador a la entrada de la alimentacin de tensin, de
forma que la corriente circule por el terminal de tensin slo cuando la pila est colocada
correctamente:
Diodo para proteccin de
polaridad. Circuito equivalente, con la pila correcta e incorrectamentecolocada.
CONEXIN DE DOS CIRCUITOS INDEPENDIENTES
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Podemos realizar la conexin de dos circuitos aislados mediante un diodo rectificador,
teniendo en cuenta lo dicho en el apartado anterior.
Dos circuitos independientes conectados mediante un diodo rectificador.
RECTIFICADOR DE ONDA
El tipo de corriente ms frecuente en la vida real es la corriente alterna, por ser ms fcil
de transportar a largas distancias. Ya se ha visto (en el apartado A) que algunas veces
puede ser necesario proteger al circuito de inversiones de polaridad causadas por un
despiste del usuario; por el mismo motivo puede ser necesario proteger un circuito
pensado para funcionar en corriente continua de los semiciclos positivos o negativos detensin alterna. Para conseguir esto basta con conectar el diodo en serie con el
generador de alterna (y una resistencia en paralelo a ambos), obtenindose el siguiente
circuito:
Circuito rectificador de media onda.
De esta manera conseguimos un rectificador de media onda, llamado as porque la
tensin de salida generada (y que podramos observar conectando a un osciloscopio los
dos terminales que quedan al aire en el circuito de arriba) es una onda que coincide con
la de entrada en los semiciclos positivos pero que pasa a 0 en los semiciclos negativos.
Para mayor claridad se muestra la grfica obtenida al simular este circuito con Electronics
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Workbench. La lnea azul corresponde a la entrada, la roja a la salida. Obsrvese cmo la
salida pasa a valer 0 en cada semiciclo negativo de la entrada.
Grfica de E/S del rectificador de media
onda.
Para un mayor rendimiento puede ser ms interesante el rectificador de onda
completa. Este circuito no se consigue con un nico diodo sino con un puente de 4 diodos
conectados a una resistencia. La onda de salida generada es el valor absoluto de la de
entrada, por lo que se genera una corriente siempre positiva (o siempre negativa, si lo
que nos interesa es mantener los semiciclos negativos) a la que podramos
llamar continua pulsante (es continua porque no cambia de sentido, pero no permanece a
un valor constante). Es lo que se ha pretendido reflejar en la siguiente grfica, donde la
lnea azul representa los semiciclos positivos y la lnea roja, los negativos.
Grfica de E/S del rectificador de ondacompleta.
FIJADOR DE TENSIN (DESPLAZADOR DE NIVEL)
Para este circuito, adems de diodo y resistencia necesitamos tambin un condensador.
Como todo va a depender de la constante de tiempo c, no estar de ms recordar que
c=RC, es decir, el tiempo que tarda un condensador en cargarse depender de su
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capacidad y de la resistencia a la que est conectado (y sin la cual el proceso de carga
es imposible).
El circuito es como sigue:
En los semiciclos positivos el diodo se comporta como un cortocircuito que evita que
circule corriente por la resistencia de 1 M; en estas condiciones el condensador se
cargara a travs de la (baja) resistencia interna del diodo. Si sta vale 10 , como la
constante de tiempo c del condensador es igual a RC, en este caso c = 1010-6= 10-
5 s; si el generador de alterna funciona a una frecuencia de 1 KHz (y por tanto con
periodo T igual a 1 ms), como cT, por lo que el condensador no
tendr apenas tiempo de descargarse y conservar la tensin a la que fue cargado.
Para mayor claridad se muestra la grfica obtenida al simular este circuito con Electronics
Workbench. La lnea azul corresponde a la entrada, la roja a la salida.
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DIODO VARICAP Y SUS APLICACIONES
La aplicacin de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintona de TV,
modulacin en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje
(oscilador controlado por tensin).
En tecnologa de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensin
en el diodo, su capacidad vara, modificando la impedancia que presenta y desadaptado
el circuito, de modo que refleja la potencia incidente.
DIODOS ZENER Y APLICACIONES
La mayora de aplicaciones se basan en hacerlo funcionar en la zona de avalancha, all
el diodo conduce y mantiene un voltaje entre sus terminales que es el voltaje Zener (VZ) o
de avalancha. La mxima corriente que puede conducir es:
Ejemplo: Cul es la mxima corriente en avalancha de un diodo Zener de 1.5v y de 1w?
DIODO ZENER COMO ELEMENTO DE PROTECCIN
Se coloca el diodo Zener en paralelo con el circuito a proteger,
si el voltaje de fuente crece por encima de VZ el diodo conduce
y no deja que el voltaje que llega al circuito sea mayor a VZ. No
se debe usar cuando VF > VZ por largos periodos de tiempo
pues en ese caso se daa el diodo. Se aplica acompaado de
http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_(medio_de_comunicaci%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador_controlado_por_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microondashttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Radio_(medio_de_comunicaci%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador_controlado_por_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microondashttp://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia -
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lmparas de nen o de descargadores de gas para proteger circuitos de descargas
elctricas por rayos
DIODO ZENER COMO CIRCUITO RECORTADOR
Se usa con fuentes AC o para recortar seales variables que
vienen de elementos de medicin (sensores). Cuando
VX tiende a hacerse mayor que VZ el diodo entra en
conduccin y mantiene el circuito con un voltaje igual a VZ.
CONEXIN ANTIPARALELO
Se usa para recortar en dos niveles, uno positivo y el otro negativo.
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Si el circuito tiene una resistencia equivalente RC la corriente en el diodo es:
Sea una fuente senoidal de 10VP, R = 200W, RC=1KWy un diodo Zener de 6v, cual ser
la corriente pico en el diodo.
DIODO ZENER COMO REGULADOR DE VOLTAJE
Se llama voltaje no regulado aquel que disminuye cuando el circuito conectado a l
consume ms corriente, esto ocurre en las fuentes DC construidas con solo el rectificador
y el condensador de filtro, en los adaptadores AC-DC y en las bateras. Un voltaje
regulado mantiene su valor constante aunque aumente o disminuya el consumo de
corriente. Una de las muchas formas de regular un voltaje es con un diodo Zener.
La condicin de funcionamiento correcto es que VF en ningn momento sea menor a VZ.El voltaje regulado sobre el circuito es VZ.
El clculo del circuito consiste en conocer el valor adecuado de R, como dato se requiere
el valor de VF, se selecciona una corriente para el Zener (IZ) menor que su corriente
mxima, se calcula o mide la corriente que consume el circuito (IC) cuando se le aplica
VZ, y se calcula:
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Sea un circuito que consume 10mA a 5v, con una fuente de VF = 8v, cul es el valor de R
adecuado?
Supongamos que disponemos de un diodo de VZ = 5V a 1/2w.
Su corriente mxima es: IDmax = 0.5v/5v = 0.1A, escogemos una corriente menor para
funcionamiento:
IZ = 10mA, entonces R = (8v - 5v)/(10mA + 10mA) = 3v/20mA = 150W
Para circuitos que consumen alta corriente se usa regulacin en conjunto de un diodo
Zener y un transistor en ese caso el voltaje en el circuito es VZ - 07v.
REFERENCIA DE VOLTAJE
Los diodos Zener son construidos de manera que VZ es muy exacto y se mantiene
constante para diferentes valores de IZ, esto permite que un Zener se use en
electrnica como referencia de voltaje para diferentes aplicaciones.
FOTODIODOS Y SUS
APLICACIONES
Comunicaciones
Fotmetros
Control de iluminacin y brillo
Control remoto por infrarrojos
Monitorizacin de llamas de gas y de petrleo (radiacin ultravioleta centrada en
la banda de 310nm)
Enfoque automtico y control de exposicin en cmaras
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Cuando son combinados con alguna fuente de luz:
Codificadores de posicin
Medidas de distancia
Medidas de espesor
Transparencia
Detectores de proximidad y de presencia
Censado de color para inspeccin y control de calidad
Cuando se hace un "array" o arreglo de sensores:
Reconocimiento de formas
Lectores de tarjetas codificadas
Algunos ejemplos ms cotidianos de su aplicacin:
El fotodiodo se emplea en un sistema de alarma. La corriente inversa continuar
fluyendo mientras el rayo de luz no se corte. En este caso la corriente inversa caer al
nivel de la corriente de oscuridad y har sonar la alarma.
Tambin usa un fotodiodo para contar artculos en una banda transportadora.
Cuando pasa cada artculo, el rayo de luz corta y la corriente inversa cae a nivel de
corriente de oscuridad y el contador aumenta en uno.
DIODOS LED Y SUS APLICACIONES
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX
en mandos a distancia de televisores, habindose generalizado su uso en
otros electro domsticos como equipos de aire acondicionado, equipos de msica,
etc., y en general para aplicaciones de control remoto, as como en dispositivos
detectores, adems de ser utilizados para transmitir datos entre dispositivos
electrnicos como en redes de computadoras y dispositivos como telfonos
mviles, computadoras de mano, aunque esta tecnologa de transmisin de datos
ha dado paso al bluetooth en los ltimos aos, quedando casi obsoleta.
Los ledes se emplean con profusin en todo tipo de indicadores de estado
(encendido/apagado) en dispositivos de sealizacin (de trnsito, de emergencia,
http://es.wikipedia.org/wiki/Mando_a_distanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Televisorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_remotohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fonos_m%C3%B3vileshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fonos_m%C3%B3vileshttp://es.wikipedia.org/wiki/Bluetoothhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mando_a_distanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Televisorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodom%C3%A9sticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_remotohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fonos_m%C3%B3vileshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fonos_m%C3%B3vileshttp://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth -
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etc.) y en paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene
36,6 metros de altura y est en Times Square,Manhattan). Tambin se emplean
en el alumbrado de pantallas de cristal lquido de telfonos mviles, calculadoras,
agendas electrnicas, etc., as como en bicicletas y usos similares. Existen
adems impresoras con ledes.
El uso de ledes en el mbito de la iluminacin (incluyendo la sealizacin de
trfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus
prestaciones son superiores a las de la lmpara incandescente y la lmpara
fluorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminacin con ledes presenta
indudables ventajas: fiabilidad, mayor eficiencia energtica, mayor resistencia a
las vibraciones, mejor visin ante diversas circunstancias de iluminacin, menor
disipacin de energa, menor riesgo para el medio ambiente, capacidad paraoperar de forma intermitente de modo continuo, respuesta rpida, etc. Asimismo,
con ledes se pueden producir luces de diferentes colores con un rendimiento
luminoso elevado, a diferencia de muchas de las lmparas utilizadas hasta ahora,
que tienen filtros para lograr un efecto similar (lo que supone una reduccin de su
eficiencia energtica). Cabe destacar tambin que diversas pruebas realizadas
por importantes empresas y organismos han concluido que el ahorro energtico
varia entre el 70 y el 80% respecto a la iluminacin tradicional que se utiliza hasta
ahora.4
Todo ello pone de manifiesto las numerosas ventajas que los ledesofrecen en relacin al alumbrado pblico.
Los ledes de luz blanca son uno de los desarrollos ms recientes y pueden
considerarse como un intento muy bien fundamentado para sustituir los focos o
bombillas actuales (lmparas incandescentes) por dispositivos mucho ms
ventajosos. En la actualidad se dispone de tecnologa que consume el 92%
menos que las lmparas incandescentes de uso domstico comn y el 30%
menos que la mayora de las lmparas fluorescentes; adems, estos ledes
pueden durar hasta 20 aos y suponer el 200% menos de costes totales de
propiedad si se comparan con las lmparas o tubos fluorescentes
convencionales.5 Estas caractersticas convierten a los ledes de luz blanca en una
alternativa muy prometedora para la iluminacin.
Tambin se utilizan en la emisin de seales de luz que se trasmiten a travs
de fibra ptica. Sin embargo esta aplicacin est en desuso ya que actualmente
se opta por tecnologa lserque focaliza ms las seales de luz y permite un
mayor alcance de la misma utilizando el mismo cable. Sin embargo en los inicios
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de la fibra ptica eran usados por su escaso coste, ya que suponan una gran
ventaja frente al coaxial (an sin focalizar la emisin de luz).
Pantalla de ledes: pantalla muy brillante, formada por filas de ledes verdes, azules
y rojos, ordenados segn la arquitectura RGB, controlados individualmente para
formar imgenes vivas, muy brillantes, con un altsimo nivel de contraste, entre
sus principales ventajas frente a otras pantallas se encuentran: buen soporte de
color, brillo extremadamente alto (lo que le da la capacidad de ser completamente
visible bajo la luz del sol), altsima resistencia a impactos.
Aproximaciones del diodo
1. En este laboratorio la tensin de disparo y la tensin en el diodo:
a) Es igual a .3V
b) Es igual a 0.7V
c) Corresponde 10 mA
d) Corresponde a 50 mA
2. La resistencia de disparo es:
a) La tensin en el diodo dividida por la corriente.
http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3pticahttp://es.wikipedia.org/wiki/RGB_(modelo_de_color)http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3pticahttp://es.wikipedia.org/wiki/RGB_(modelo_de_color) -
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b) La razn entre la variacin de tensin y la variacin de la corriente
encima dl disparo
c) La misma resistencia CC del diodo.
d) Ninguna de las anteriores.
3. La resistencia de un diodo de silicio con corriente de 10 mA es prxima de:
a) 25 b) 10 c) 70 d)112
4. En la figura 4b la potencia disipada por el diodo es prximo:
a) 0 b) 1.5 mW c) 15 mW d) 150 mW
5. Suponga que la corriente mxima de diodo de la figura 4b sea de 500 mA
Para evitar daos en el diodo, la tensin de la fuente no debe sobrepasar
el valor de:
a) 15V b) 50V c) 185V d) 272v
6. Cuanto mas inclinada es la curva del diodo, menor es la resistencia de
barrera.
Esto es por que la tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de
polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga
espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera
de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente,
alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa
supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que
para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la
intensidad de corriente.
7. Explique por qu no hay corriente en el diodo cuando el resistor de 470 ,
en la fig.4b esta cortocircuitado.
Segn la grfica cuando la resistencia de 470 forma dos mallas por que
el voltaje de la fuente neutraliza al voltaje del diodo por la polaridad que
esta inversa a la de la fuente.
8. Explique por qu la corriente en el diodo de la fig.4, aumenta cuando el
resistor de 470 est abierto.
9. Cuntos proyectos son posibles en el caso del paso 2?
a) 1 b) 2 c) 3 d) 4
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DIODO
Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de
la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para
referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de
cristal semiconductorconectada a dos terminales elctricos. El diodo de vaco (que
actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con
dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.
De forma simplificada, la curva caracterstica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por
debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce),
y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia elctrica muy pequea.
http://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_de_vac%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_de_vac%C3%ADohttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica -
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Debido a este comportamiento, se les suele denominarrectificadores, ya que son
dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para
convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento est
basado en los experimentos de Lee De Forest.
Los primeros diodos eran vlvulas o tubos de vaco, tambin llamados vlvulas
termoinicas constituidos por dos electrodos rodeados de vaco en un tubo de cristal, con un
aspecto similar al de las lmparas incandescentes. El invento fue desarrollado
en 1904 porJohn Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basndose en
observaciones realizadas porThomas Alva Edison.
Al igual que las lmparas incandescentes, los tubos de vaco tienen un filamento (el ctodo)
a travs del cual circula la corriente, calentndolo porefecto Joule. El filamento est tratado
con xido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vaco circundante los
cuales son conducidos electrostticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble,
cargada positivamente (el nodo), producindose as la conduccin. Evidentemente, si el
ctodo no se calienta, no podr ceder electrones. Por esa razn, los circuitos que utilizaban
vlvulas de vaco requeran un tiempo para que las vlvulas se calentaran antes de poder
funcionar y las vlvulas se quemaban con mucha facilidad.
DIODO SEMICONDUCTOR
Un diodo semiconductor moderno est hecho de cristal semiconductor como el silicio con
impurezas en l para crear una regin que contiene portadores de carga negativos (electrones),
llamado semiconductor de tipo n, y una regin en el otro lado que contiene portadores de carga
positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada regin. El
lmite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unin PN, es donde la importancia del
diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado ctodo),
pero no en la direccin opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del nodo al
ctodo (opuesto al flujo de los electrones).
http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Foresthttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_incandescentehttp://es.wikipedia.org/wiki/1904http://es.wikipedia.org/wiki/John_Ambrose_Fleminghttp://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Alva_Edisonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Filamentohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joulehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PNhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Lee_De_Foresthttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1mpara_incandescentehttp://es.wikipedia.org/wiki/1904http://es.wikipedia.org/wiki/John_Ambrose_Fleminghttp://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Alva_Edisonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Filamentohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todohttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joulehttp://es.wikipedia.org/wiki/Bariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrost%C3%A1ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81nodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Uni%C3%B3n_PN -
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Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del cristal n al p (Je). Al
establecerse una corriente de difusin, estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos
lados de la unin, zona que recibe el nombre de regin de agotamiento.
A medida que progresa el proceso de difusin, la regin de agotamiento va incrementando su
anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de
iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico (E) que
actuar sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que
se opondr a la corriente de electrones y terminar detenindolos.
Este campo elctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensin entre las zonas p
y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales
de germanio.
La anchura de la regin de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de
0,5 micraspero cuando uno de los cristales est mucho ms dopado que el otro, la zona de carga
espacial es mucho mayor.
Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensin externa, se dice que el diodo est polarizado,
pudiendo ser la polarizacin directa o inversa.
POLARIZACIN DIRECTA DE UN DIODO
En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo
el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado directamente
conduce la electricidad.
Para que un diodo est polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batera al
nodo del diodo y el polo negativo al ctodo. En estas condiciones podemos observar que:
Polarizacin directa del diodo pn.
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Polarizacin inversa del diodo pn
El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos
electrones se dirigen hacia la unin p-n.
El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente
a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n.
Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor que la diferencia de
potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energa
suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia
la unin p-n.
Una vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga
espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en electrn de
valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se
desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en elhilo conductor y llega hasta la batera.
De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de
valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hasta el final.
POLARIZACIN INVERSA DE UN DIODO
En este caso, el polo negativo de labatera se
conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n,
lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y
la tensin en dicha zona hasta que se alcanza el
valor de la tensin de la batera, tal y como se
explica a continuacin:
El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen
del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a
la batera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los tomos
http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n -
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pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en el orbital
de conduccin, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia,
versemiconductory tomo) y una carga elctrica neta de +1, con lo que se convierten
en iones positivos.
El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zonap. Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una
vez que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente
7 electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso es
que cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentro
de estos huecos con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en
su orbital de valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en iones
negativos.
Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el
mismopotencial elctrico que la batera.
En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al
efecto de la temperatura se formarn pares electrn-hueco (versemiconductor) a ambos
lados de la unin produciendo una pequea corriente (del orden de 1 A)
denominada corriente inversa de saturacin. Adems, existe tambin una
denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica,
conduce una pequea corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los
tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos para realizar los cuatro
enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los tomos de la
superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de
valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. No obstante,
al igual que la corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fuga es
despreciable.
CURVA CARACTERSTICA DEL DIODO
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomohttp://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amperio -
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Tensin umbral, de codo o de partida (V).La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa
coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado.
Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo,
incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo,
cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece,de forma que para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones
de la intensidad de corriente.
Corriente mxima (Imax).Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por
el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo,
depende sobre todo del diseo del mismo.
Corriente inversa de saturacin (Is).Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la
formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que seduplica por cada incremento de 10 en la temperatura.
Corriente superficial de fugas.Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin
inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al
aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas.
Tensin de ruptura (Vr).Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto
avalancha.
Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa
de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el
diodo normalo de unin abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante
hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos
efectos:
Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarizacin inversa se generanpares electrn-hueco que provocan la corriente inversa de saturacin; si la
tensin inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energa
cintica de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su
salto a la banda de conduccin. Estos electrones liberados, a su vez, se
aceleran por efecto de la tensin, chocando con ms electrones de valencia y
liberndolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca
una corriente grande. Este fenmeno se produce para valores de la tensin
superiores a 6 V.
Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto ms dopado est el material,menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo elctrico E
puede expresarse como cociente de la tensin V entre la distancia d; cuando el
diodo est muy dopado, y por tanto d sea pequeo, el campo elctrico ser
grande, del orden de 3105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede
ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementndose la corriente. Este
efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.
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Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales,
como los Zener, se puede producir por ambos efectos.
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