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UNIDAD 2: ZENERS Y OTROS DI SPOSITIVOS DE DOS TERMINALES
1.- DIODO ZÉNER
Un diodo zéner es básicamente un diodo de unión, pero construido especialmente
para trabajar en la zona de ruptura de la tensión de polarización inversa; por eso algunas
veces se le conoce con el nombre de diodo de avalancha. Su principal aplicación es como
regulador de tensión; es decir, como circuito que mantiene la tensión de salida casi
constante, independientemente de las variaciones que se presenten en la línea de entrada
o del consumo de corriente de las cargas conectadas en la salida del circuito.
El diodo zéner tiene la propiedad de mantener constante la tensión aplicada, aun
cuando la corriente sufra cambios. Para que el diodo zener pueda realizar esta función, debe
polarizarse
de
manera
inversa.
Generalmente, la tensión de polarización del diodo es mayor que la tensión de ruptura;
además, se coloca una resistencia limitadora en serie con él; de no ser así, conduciría de
manera descontrolada hasta llegar al punto de su destrucción.En muchas aplicaciones de
regulación de tensión, el diodo zéner no es el dispositivo que controla de manera directa la
tensión de salida de un circuito; sólo sirve de referencia para un circuito más complejo; es
decir, el zéner mantiene un valor de tensión constante en sus terminales.
Esta tensión se compara mediante un circuito amplificador a transistores o con circuito
integrados con una tensión de salida. El resultado de la comparación permite definir la
acción a efectuar: aumentar o disminuir la corriente de salida, a fin de mantener constante
la
tensión
de
salida.
Es importante hacer notar que los diodos zéner se construyen especialmente para que
controlen sólo un valor de tensión de salida; por eso es que se compran en términos de la
tensión de regulación.
2.- DIODO SCHOTTKY
El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honor del físico alemán
Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductor que proporciona conmutaciones muy
rápidas entre los estados de conducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos
pequeños de 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones umbral (también conocidas como
tensiones de codo, aunque en inglés se refieren a ella como "knee", es decir, rodilla). La
tensión de codo es la diferencia de potencial mínima necesaria para que el diodo actúe
como conductor en lugar de circuito abierto; esto, dejando de lado la región Zener, que es
cuando existe una diferencia de potencial lo suficientemente negativa para que a pesar de
estar polarizado en inversa éste opere de forma similar a como lo haría regularmente.
Características
La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy alta frecuencia y
eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad.
A diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión umbral —
valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce— de 0,7 V, los diodos
Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente 0,2 V a 0,4 V empleándose, por
ejemplo, como protección de descarga de células solares con baterías de plomo ácido.
La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir
resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos voltajes inversos
pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de aplicaciones en circuitos de alta
velocidad para computadoras donde se necesiten grandes velocidades de conmutación y
mediante su poca caída de voltaje en directo permite su operación con un reducido gasto
de energía. Otra aplicación del diodo Schottky es en variadores de frecuencia (inverters) y
circuitos controladores de motores paso a paso, cuando el circuito controlador efectúa la
desconexión de los bobinados del motor estos diodos se encargan de drenar los picos de
corriente inductiva que regresan de los bobinados de un motor a tierra para que estos no
ingresen al circuito y quemen los transistores IGBT del chopper, destruyendo el dispositivo.
Cuando el motor se comporta como generador, la corriente circula hacia el bus de continua
a través de los diodos y no es absorbida por los IGBTs.
El diodo Schottky se emplea en varios circuitos integrados de lógica TTL. Por ejemplo los
tipos ALS y AS permiten que los tiempos de conmutación entre los transistores sean mucho
menores puesto que son más superficiales y de menor tamaño por lo que se da una mejora
en la relación 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.
3.- DIODOS DE POTENCIA
Uno de los dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos,
aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no
pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. El único procedimiento
de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo.
Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser
capaces de soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido
inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una
pequeña intensidad de fugas.
Características estáticas:
Parámetros en bloqueo (polarización inversa).
Parámetros en conducción.
Modelo estático.
Características dinámicas:
Tiempo de recuperación inverso (trr).
Influencia del trr en la conmutación.
Tiempo de recuperación directo.
Potencias:
Potencia máxima disipable.
Potencia media disipada.
Potencia inversa de pico repetitivo.
Potencia inversa de pico no repetitivo.
4.-FOTO DIODO
El fotodiodo es un dispositivo semiconductor que genera corriente en presencia de luz,
aprovechando el fenómeno físico conocido como efecto fotoeléctrico.
Composición
Los fotodiodos son muy similares a los diodos semiconductores comunes; pero su
superficie está expuesta o cubierta con material transparente.
Algunos fotodiodos usan una unión tipo P-N, mientras que otros interponen una región
semicopada para mayor velocidad de respuesta. A ésta última se le conoce como unión
PIN.
Operación
El fotodiodo está diseñado para ser usado en polarización inversa.
Aún sin luz se genera una pequeña corriente conocida como corriente de oscuridad,
la cual aumenta con la temperatura.
A mayor área, mayor es el retardo de la respuesta.
A la polarización directa e inversa también se les conoce como modo fotovoltaico y
foto conductivo (o de fotodiodo) respectivamente.
El efecto fotoeléctrico explica que la cubanización de la energía a nivel de fotones provoca
que la producción de corriente sólo ocurra en presencia de radiación electromagnética de
suficiente energía (umbral de frecuencia); independientemente de la cantidad o intensidad
de luz.
Por lo tanto, para cada material existe una región del espectro electromagnético
dentro del cual los fotodiodos de dicho material pueden operar.
Aplicaciones
Sirven como fotosensores, se les puede encontrar por ejemplo:
En los lectores de discos ópticos digitales,
Detectores de señales infrarrojas de control remoto y detectores de humo.
Algunas cámaras digitales, junto con otros fotosensores.
5.- FOTORRESISTENCIAS
Es un componente electrónico cuya resistencia varía en función de la luz.
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de
cadmio, por la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz.
Funciona por fotoceldas cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de
luz y aumenta en ausencia de luz.
La variación del valor de la resistencia tiene un retardo, diferente si se pasa de oscuro
a iluminado o de iluminado a oscuro.
Ventajas
•
Alta sensibilidad (debido a la gran superficie que puede abarcar).
•
Fácil empleo.
•
Bajo costo.
•
No hay potencial de unión.
•
Alta relación resistencia luz-oscuridad.
Desventajas
•
Respuesta espectral estrecha. (sensibilidad del fotoresistor para los diferentes tipos de
ondas de la luz).
•
Efecto de histéresis. (Tendencia a mantener el estado de la salida; inercia o retardo).
•
Estabilidad por temperatura baja para los materiales mas rápidos. La variación del valor
de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de
iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa
varía con rapidez.
•
Respuesta lenta en materiales estables.
•
Falta de linealidad entre resistencia e iluminación.
Aplicaciones
•
Retrovisores automáticos en automóviles.
•
Control de alarmas.
•
Control de contraste en televisores y monitores.
•
Control automático de la iluminación en habitaciones, juguetes y juegos electrónicos.
•
Controles industriales.
•
Interruptores crepusculares.
•
Boyas y balizas de encendido automático.
•
Auto-flash.
6.- EMISORES INFRARROJOS
Diodo Emisor: Son diodos semiconductores que al ser atravesados por una corriente
eléctrica emiten radiaciones electromagnéticas en una estrecha banda de longitudes de
ondas (infrarroja), dependiendo del semiconductor con el que estén fabricados.
Diodo Receptor: Son diodos semiconductores que al ser atravesados por una cierta
longitud de onda electromagnética (infrarroja), generan pequeñas cargas eléctricas
dependiendo del semiconductor con el que estén fabricadas.
Emisor/Receptor Infrarrojo: Es un sensor que consta de un emisor y un detector infrarrojo.
Mide la cantidad de luz retornada. Problema funcionan sobre distancias muy cortas.
7.- DIODOS EMISORES DE LUZ (LED´S)
Los ledes se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los
primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de
alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.
Debido a su capacidad de operación a altas frecuencias, son también útiles en
tecnologías avanzadas de comunicaciones y control. Los ledes infrarrojos también se usan en
unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo equipos de audio
y video.
Características
Formas de determinar la polaridad de un led de inserción.
Existen tres formas principales de conocer la polaridad de un led:
La pata más larga siempre va a ser el ánodo.3
En el lado del cátodo, la base del led tiene un borde plano.
Dentro del led, la plaqueta indica el ánodo. Se puede reconocer porque es más pequeña
que el yunque, que indica el cátodo.
Ventajas
Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente y
fluorescente, tales como: el bajo consumo de energía, un mayor tiempo de vida, tamaño
reducido, resistencia a las vibraciones, reducida emisión de calor, no contienen mercurio (el
cual al exponerse en el medio ambiente es altamente nocivo), en comparación con la
tecnología fluorescente, no crean campos magnéticos altos como la tecnología de
inducción magnética, con los cuales se crea mayor radiación residual hacia el ser humano;
reducen ruidos en las líneas eléctricas, son especiales para utilizarse con sistemas
fotovoltaicos (paneles solares) en comparación con cualquier otra tecnología actual; no les
afecta el encendido intermitente (es decir pueden funcionar como luces estroboscópicas) y
esto no reduce su vida promedio, son especiales para sistemas antiexplosión ya que cuentan
con un material resistente, y en la mayoría de los colores (a excepción de los ledes azules),
cuentan con un alto nivel de fiabilidad y duración.
8.- CELDAS SOLARES
Tecnología de la celda solar
Silicio cristalino.- Hechos en largos cilindros y rebanadas en círculos, cuadrados, u
obleas octagonales, estas celdas son las más eficientes y las más caras. El silicio cristalino
cuenta alrededor de la mitad del mercado de celdas fotovoltaicas.
Silicio policristalino.- Hecho de silicio fundido en forma de lingotes o trazado en láminas
y cortados en obleas cuadradas, estas celdas son más baratas pero menos eficientes.
Hecha mediante depósitos de capas de silicio amorfo (aSi), telurio de cadmio (GdTe),
o cobre indio diseleniuro (GIS) en un vidrio, metal o una superficie plástica; estas PV son
normalmente menos costosas y menos eficientes que las de silicio cristalino.
Las principales características de las celdas solares son:
* Son de fácil uso.
* Generan bajos voltajes pero se pueden interconectar para dar altos voltajes.
* No requieren mantenimiento (ocasionalmente limpiarlas).
* Contienen bancos de baterías que requieren del agregado de agua ocasionalmente.
* No almacenan la energía.
* Son costosas.
* No producen contaminación
* Funcionan en el frío (Generan más energía a bajas temperaturas).
* Funcionan en días nublados pero disminuye la energía generada hasta un 10%.
* La eficiencia es alrededor del 13%, teóricamente se pueden lograr eficiencias de hasta un
y 50% en laboratorio se han logrado fabricar celdas con eficiencias superiores al 30%.
* Están diseñadas para durar al menos 30 años e incluso cuentan con garantías de 20 años.
Desventajas
Uno de los principales problemas de la implementación a gran escala de la energía
solar es su baja densidad energética, por lo que para conseguir una cantidad de energía
realmente aprovechable se requieren de muchos metros cubiertos con celdas solares o
paneles fotovoltaicos.
En la actualidad se considera que el costo de instalación de un sistema tradicional de
energía solar, basado en los clásicos paneles de silicio de película delgada (thin film), se lleva
consigo entre la mitad y las dos terceras partes de los gastos de la instalación.
9.- TERMISTORES
El termistor, como su nombre lo dice, es un resistor sensible a la temperatura; es decir,
su resistencia terminal está relacionada con su temperatura corporal. No es un dispositivo de
unión y está construido de germanio, silicio o de una mezcla de óxidos de cobalto, níquel,
estroncio o manganeso. El compuesto empleado determina si el coeficiente de temperatura
del dispositivo es positivo o negativo.
Las características de un termistor típico con coeficiente de temperatura negativo se
muestran en la figura 16.49, la cual también muestra el símbolo que se utiliza para el
dispositivo. Observe en particular que a temperatura ambiente (20°C) la resistencia del
termistor es aproximadamente de 5000 Ω, mientras que a 100°C (212°F) la resistencia se
reduce a 100 . Un margen de temperatura de 80°C, por consiguiente, produce un cambio
de 50:1 en la resistencia. Por lo general, este cambio es de 3% a 5% por grado de cambio en
la temperatura.
Fundamentalmente existen dos formas de cambiar la temperatura del dispositivo de
manera interna y externa. Un simple cambio en la corriente a través del dispositivo cambiará
la temperatura interna. Un pequeño voltaje aplicado producirá una corriente demasiado
pequeña como para elevar la temperatura corporal del elemento por arriba de la
temperatura ambiente. En esta región, como se muestra en la figura 16.50, el termistor
actuará como un resistor y tiene un coeficiente de temperatura positivo. Sin embargo, al
aumentar la corriente, la temperatura se elevará al punto en que aparecerá el coeficiente
de temperatura negativo como se muestra en la figura 16.50. El hecho de que la velocidad
del flujo interno puede afectar la resistencia del dispositivo, permite una amplia variedad de
aplicaciones en técnicas de control y medición, y otras más. Un cambio externo requiere que
cambie la temperatura del medio ambiente o que el dispositivo se sumerja en una solución
caliente o fría.