INSTITUTO TECNOLGICO DE MORELIA Jos Mara Morelos y Pavn

Departamento de Ingeniera Electrnica

Diodos y transistores

Conceptos. Diodo Schottky, diodo LED y foto diodo

Elaborado por: Jorge Luis Gonzlez Guerrero 10120935 Mario Alberto Burgos Alonso 10120916 Nicols Rodrguez Bonaparte 10120964

Profesor: Dr. Rodrigo Alfonso Villareal Ortiz

Grupo: Electrnica A

Morelia, Mich., a Jueves 4 de Octubre de 2012

Diodo Schottky o diodo de barrera.

Son dispositivos que tienen una cada de voltaje directa (VF) muy pequea, del orden de 0.3 V o menos. Operan a muy altas velocidades y se utilizan en fuentes de potencia, circuitos de alta frecuencia y sistemas digitales. Reciben tambin el nombre de diodos de recuperacin rpida (Fast recovery) o de portadores calientes.

Su funcionamiento consiste cuando se realiza una ensambladura entre una terminal metlica y un material semiconductor, el contacto tiene, tpicamente, un comportamiento hmico cualquiera, la resistencia del contacto gobierna la secuencia de la corriente. Cuando este contacto se hace entre un metal y una regin semiconductora con la densidad del dopante relativamente baja, las hojas dominantes del efecto debe ser el resistivo, comenzando tambin a tener un efecto de rectificacin. Un diodo Schottky, se forma colocando una pelcula metlica en contacto directo con un semiconductor, segn lo indicado en la figura 2. El metal se deposita generalmente en un tipo de material N, debido a la movilidad ms grande de los portadores en este tipo de material. La parte metlica ser el nodo y el semiconductor, el ctodo.

Se puede observar que solamente los electrones (los portadores mayoritarios de ambos

materiales) estn en trnsito. Su conmutacin es mucho ms rpida que la de los diodos bipolares,

Figura l. Simbologa y Encapsulado comercial de un diodo Schottky.

Figura ll. Construccin y smbolo de un diodo Schottky.

una vez que no existan cargas en la regin tipo N, siendo necesaria rehacer la barrera de potencial

(tpicamente de 0,3V).

La Regin N tiene un dopaje relativamente alto, a fin de reducir la prdida de conduccin, por

esto, la tensin mxima soportable para este tipo de diodo est alrededor de los 100V.

Aplicaciones.

- En fuentes de baja tensin en la cuales las cadas en los rectificadores son significativas.

- Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de

conmutacin y mediante su poca cada de voltaje en directo permite poco gasto de energa.

- Variadores de alta gama para que la corriente que vuelve desde el motor al variador no pase por

el transistor del freno y este no pierda sus facultades.

- El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lgica TTL. Por ejemplo los tipos

ALS y AS permiten que los tiempos de conmutacin entre los transistores sean mucho menores

puesto que son ms superficiales y de menor tamao por lo que se da una mejora en la relacin

velocidad/potencia. El tipo ALS permite mayor potencia y menor velocidad que la LS, mientras que

las AL presentan el doble de velocidad que las Schottky TTL con la misma potencia.

- TTL-S (schottky): Serie rpida (usa diodos Schottky)

Figura lll. Curva caracterstica.

- TTL-AS (advanced schottky): Versin mejorada de la serie anterior

- TTL-LS (low power schottky) : Combinacin de las tecnologas L y S (es la familia ms extendida)

- TTL-ALS (advanced low power schottky) : Versin mejorada de la serie AS

- TTL-F (FAST: fairchild advanced schottky)

- TTL-AF (advanced FAST): Versin mejorada de la serie F

Desventajas.

Las dos principales desventajas del diodo Schottky son:

- El diodo Schottky tiene poca capacidad de conduccin de corriente en directo (en sentido de la

flecha).

Esta caracterstica no permite que sea utilizado como diodo rectificador. Hay procesos de

rectificacin (por ejemplo fuentes de alimentacin) en que la cantidad de corriente que tiene que

conducir en sentido directo es bastante grande.

- El diodo Schottky no acepta grandes voltajes que lo polaricen inversamente (VCRR).

El proceso de rectificacin antes mencionado tambin requiere que la tensin inversa que tiene

que soportar el diodo sea grande.

Prctica.

Curvas caractersticas en el osciloscopio. Observar la forma de las curvas mediante el "test de

componentes" del osciloscopio, de los siguientes componentes:

resistencias de 1K y 4K7

condensador de 680nF, diodo de Si (1N4148)

diodo Schottky (BAT47)

diodos zner de 2v7 y 5v6.

Para ello, conectar cada componente entre el conector COMPONENT TESTER y la masa del

osciloscopio, pulsando el botn. Dibujar las grficas, indicando las diferentes zonas de operacin.

Diodo Led.

Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz, tambin diodo

luminoso) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos

dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado como un

componente electrnico en 1962, los primeros leds emitan luz roja de baja intensidad, pero los

dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

Los leds en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90% de

todas las tecnologas de iluminacin actuales, por ejemplo: en casas, oficinas, industrias, edificios,

restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales, gasolineras, calles y avenidas, estadios (en

algunos casos por las dimensiones del estadio no es posible porque quedaran espacios obscuros),

conciertos, discotecas, casinos, hoteles, carreteras, luces de trfico o de semforos, sealamientos

viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos, sistemas hbridos,

celulares, pantallas de casa o domsticas, monitores, cmaras de monitoreo, supermercados, en

transportes (bicicletas, motocicletas, automviles, camiones triler, etc.), en linternas de mano,

para crear pantallas electrnicas de led (tanto informativas como publicitarias) y para cuestiones

arquitectnicas especiales o de arte culturales. Todas estas aplicaciones se dan gracias a su diseo

compacto.

Los leds tienen la ventaja de encenderse muy rpido a comparacin de las luminarias de alta

potencia como lo son las luminarias de alta intensidad de vapor de sodio, aditivos metlicos,

halogenuro o halogenadas y dems sistemas con tecnologa incandescente. La excelente variedad

de colores que producen los leds ha permitido el desarrollo de nuevas pantallas electrnicas de

textos monocromticos, bicolores, tricolores y RGB (pantallas a todo color) con la habilidad de

reproduccin de vdeo para fines publicitarios, informativos o tipo indicadores. Y debido a sus altas

frecuencias de operacin son tambin tiles en tecnologas avanzadas de comunicaciones. Los leds

infrarrojos tambin se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales

incluyendo televisores, cmaras de monitoreo, reproductores de DVD, entre otras aplicaciones

domsticas.

Figura lV. Construccin del led.

Funcionamiento.

El funcionamiento normal consiste en que, en los materiales conductores, un electrn al pasar de

la banda de conduccin a la de valencia, pierde energa; esta energa perdida se manifiesta en

forma de un fotn desprendido, con una amplitud, una direccin y una fase aleatoria. El que esa

energa perdida cuando pasa un electrn de la banda de conduccin a la de valencia se manifieste

como un fotn desprendido o como otra forma de energa (calor por ejemplo) depende

principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza

directamente, los huecos de la zona positiva se mueven hacia la zona negativa y los electrones se

mueven de la zona negativa hacia la zona positiva; ambos desplazamientos de cargas constituyen

la corriente que circula por el diodo.

La emisin espontnea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y solo es

visible en diodos como los leds de luz visible, que tienen una disposicin constructiva especial con

el propsito de evitar que la radiacin sea reabsorbida por el material circundante, y una energa

de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la

energa se libera principalmente en forma de calor, radiacin infrarroja o radiacin ultravioleta. En

el caso de que el diodo libere la energa en forma de radiacin ultravioleta, se puede conseguir

aprovechar esta radiacin para producir radiacin visible, mediante sustancias fluorescentes o

fosforescentes que absorban la radiacin ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente

emitan luz visible.

El dispositivo semiconductor est comnmente encapsulado en una cubierta de plstico de mayor

resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lmparas incandescentes. Aunque

el plstico puede estar coloreado, es solo por razones estticas, ya que ello no influye en el color

de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razn

por la cual el patrn de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

Figura V. Simbologa del led.

Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led;

para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operacin va desde 1,8 hasta 3,8 voltios

aproximadamente (lo que est relacionado con el material de fabricacin y el color de la luz que

emite) y la gama de intensidades que debe circular por l vara segn su aplicacin. Valores tpicos

de corriente directa de polarizacin de un led corriente estn comprendidos entre los 10 y los 40

mA.

Aplicaciones.

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de

televisores, habindose generalizado su uso en otros electrodomsticos 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 leds se emplean con profusin en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en

dispositivos de sealizacin (de trnsito, de emergencia, 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 leds.

El uso de leds 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 leds 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 para operar de forma intermitente de

modo continuo, respuesta rpida, etc. Asimismo, con leds 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 leds ofrecen en relacin al alumbrado pblico.

Los leds 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 leds 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 leds 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 lser que

focaliza ms las seales de luz y permite un mayor alcance de la misma utilizando el mismo cable.

Sin embargo en los inicios 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).

Prctica.

Detector de polaridad de bateras.

Este montaje es til para detectar el polo positivo ( + ) de una pila o de cualquier circuito de los

que hemos montado hasta ahora. Cuando conectamos la sonda izquierda (azul) al polo positivo y

la derecha (roja) al negativo de un circuito o batera se encender el led rojo.

Figura Vl. Diagrama detector de polaridad.

Fotodiodo.

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor comn, pero tiene una caracterstica que

lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente elctrica

proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo ilumina).

Esta corriente elctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama corriente de fuga.

El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en

electricidad y esta variacin de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un cambio

en el nivel de iluminacin sobre el fotodiodo.

Si el fotodiodo es polarizado en directa, la luz que incide no tendra efecto sobre l y se

comportara como un diodo semiconductor normal. (Recuerde, el fotodiodo trabaja en inversa). La

mayora de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo

incide, de manera que su reaccin a la luz sea ms evidente. A diferencia del LDR o

fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminacin y viceversa con

mucha ms velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta ms pequeo.

Estructura.

El fotodiodo contiene una unin PN que se puede exponer a la luz. La capa barrera llega casi slo

hasta la capa N, debido a la intensa impurificacin de la capa P. En la capa P se encuentra un

contacto es el nodo. La capa N est aplicada a la placa base de metal el ctodo.

Figura Vlll. Estructura del fotodiodo.

Figura Vll. Simbologa del fotodiodo,

Funcionamiento.

Al penetrar luz o radiacin infrarroja en la unin PN, su energa constituye electrones libres y

huecos. Estos generan la corriente a travs de la unin PN. Esto significa, que cuanto mayor es la

cantidad de luz que incide en el fotodiodo, tanto ms intensa es la corriente que fluye a travs del

fotodiodo. Este fenmeno recibe el nombre de efecto fotoelctrico interno.

En el sentido inverso, el fotodiodo se conecta en serie con una resistencia. Si aumenta la corriente

a travs del fotodiodo a raz de una mayor radiacin luminosa, la cada de tensin aumenta en la

resistencia. De ese modo se transforma la seal de luz en una seal de tensin.

Aplicaciones.

Conmutadores pticos (p. e. Barreras de luz)

Sensores claro-oscuro

Transmisin simple de datos de baja velocidad

Sensor de lluvia: A modo de ejemplo, un sensor de lluvia est formado por un diodo emisor

de luz infrarroja y un fotodiodo para detectar la cantidad de luz emitida que el vidrio refleja.

La luz infrarroja se emite a travs del cuerpo del sensor con un ngulo preciso, se refleja

dentro del vidrio del parabrisas y vuelve al fotodiodo.

El uso de sensores pticos, especialmente fotodiodos y fototransistores, en aplicaciones de

electrnica de la carrocera contribuye a aportar la seguridad y confort que los consumidores

demandan. Aunque estos sistemas se encuentran actualmente slo en coches de gama alta,

pronto estarn presentes en vehculos de todos los segmentos de precios, como es habitual en las

aplicaciones para automocin.

Figura lX. Conexin del fotodiodo.

Prctica.

Medida de luz con fotodiodos.

Montar el circuito de la figura y observar la forma de onda de la luz medida con el fotodiodo

(tensin en la resistencia).

En el circuito de la figura Xl se excita un LED verde con una onda cuadrada de una frecuencia de

500Hz. El fotodiodo se emplea para medir la luz del LED. A partir de la forma de onda de la tensin

en la resistencia determinar la capacidad de transicin del LED para diferentes tensiones inversas:

Figura X. Diagrama l.

Figura Xl. Diagrama ll.

Notas importantes:

-Asegurarse de cules son los terminales (nodo y ctodo) del fotodiodo.

-No aplicar ms de 5V de tensin inversa al fotodiodo (asegurarse de que inicialmente la tensin

es cero).

Recomendaciones:

Existen bastantes interferencias debido al cableado. Conviene promediar las seales para observar

bien las formas de onda. Tapar con una hoja el circuito para evitar que la luz ambiente influya

excesivamente. Asegurarse de que los fluorescentes del laboratorio no estn encendidos en la

zona de prcticas.