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Algunos conceptos de diodos

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Diodo láser
Un diodo láser empaquetado. Atrás, una moneda de un centavo estadounidense
como referencia de escala.
Imagen de un chip del diodo láser contenido en el paquete mostrado en la imagen
superior. Se muestra en el ojo de una aguja que sirve de referencia de escala.
Un diodo láser (DL) es un dispositivo semiconductor similar a un led1 pero que
bajo las condiciones adecuadas emite luz láser.
Visión general
Diodo láser.
Símbolo de el diodo láser.
Cuando un diodo convencional o led se polariza en directa, los huecos de la zona
p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos
desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los
electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse cayendo el
electrón al hueco y emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la banda
prohibida (véase semiconductor).
Esta emisión espontánea se produce normalmente en los diodos
semiconductores, pero sólo es visible en algunos de ellos (como los ledes), que
tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la
radiación sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energía
de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en
otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación
infrarroja o radiación ultravioleta. En condiciones apropiadas, el electrón y el hueco
pueden coexistir un breve tiempo, del orden de nanosegundos, antes de
recombinarse, de forma que si un fotón con la energía apropiada pasa por
casualidad por allí durante ese periodo, se producirá la emisión estimulada
(véase láser), es decir, al producirse la recombinación el fotón emitido tendrá igual
frecuencia, polarización y fase que el primer fotón.
En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz
láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina
delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectante de forma parcial
(aunque muy reflectante también), lográndose así una unión PN de grandes
dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es
importante aclarar que las dimensiones de la unión PN guardan una estrecha
relación con la longitud de onda a emitir.
Este conjunto forma una guía de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot.
En ella, los fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán repetidamente
en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra sólo parcialmente), lo
que ayuda a su vez a la emisión de más fotones estimulados dentro del material
semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el
bombeo derivado de la circulación de corriente por el diodo). Parte de estos
fotones saldrán del diodo láser a través de la cara parcialmente transparente (la
que es sólo reflectante de forma parcial). Este proceso da lugar a que el diodo
emita luz, que al ser coherente en su mayor parte (debido a la emisión
estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por
este tipo de diodos es de tipo láser, a estos diodos se los conoce por el mismo
nombre.
Características

Luz sincronizada.

Luz con misma frecuencia y fase.
Aplicaciones

Comunicaciones de datos por fibra óptica.

Lectores de CD, DVD, Blu-rays, HD DVD, entre otros.

Interconexiones ópticas entre circuitos integrados.

Impresoras láser.

Escáneres o digitalizadores.

Sensores.

Tratamiento con láser odontológico.

Depilación corporal.

Pantalla láser

Odontología

Oftalmología
Ventajas y desventajas[editar]
Ventajas[editar]

Son muy eficientes.

Son muy fiables.

Tienen tiempos medios de vida muy largos.

Son económicos.

Permiten la modulación directa de la radiación emitida, pudiéndose modular
a décimas de Gigahercio.

Su volumen y peso son pequeños.

El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.

Su consumo de energía es reducido (comparado con otras fuentes de luz)

El ancho de banda de su espectro de emisión es angosto (puede llegar a
ser de sólo algunos kHz)
Desventajas[editar]
• Una baja potencia a consecuencia de las bandas de energía ocupadas por los
electrones.
• Una alta sensibilidad a los cambios de temperatura.
• Alto calentamiento al pasar corriente sobre el material diodo.
• Poca colimación en el haz obtenido.
A pesar de las desventajas, el láser de semiconductores es el segundo más
vendido después del láser He-Ne por sus usos en computadoras, impresoras,
medios de comunicación, tratamientos médicos, etc.
Una clase especial: VCSEL (Vertical cavity surface emitting laser)[editar]
Los VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers) son láseres de semiconductor
en los que la luz se propaga perpendicularmente al plano de la región activa.
Algunas de sus características más interesantes son: consumir poca potencia,
poder operar en un solo modo longitudinal, emitir un haz circular que hace más
fácil su acoplamiento a fibra, baja corriente umbral y fabricación barata. Por otra
parte, debido a su pequeño tamaño y a su estructura vertical pueden realizarse
agrupaciones bidimensionales de láseres. Se ha conseguido incluso producir en
masa VCSELs de tamaño reducido, lo que los ha convertido en la fuente de luz
más adecuada para los sistemas de comunicaciones a corta distancia a través
de fibra óptica.2 Por otra parte, el reducido tamaño de estos lñaseres hace
necesaria la existencia de espejos de alta reflectividad para poder generar la
emisión láser.3 Por todas estas razones, los VCSELs son una opción atractiva en
el mercado de las comunicaciones ópticas, pudiendo también ser empleados en
lectores de códigos de barras, impresoras, ratones, etc. Los VCSELs también son
dispositivos interesantes en el campo del procesamiento todo–óptico de señales
para su uso como regeneradores e inversores todo–ópticos, dispositivos
biestables (“flip–flop”) todo–ópticos y memorias ópticas. Este tipo de dispositivos
se basan en el comportamiento óptico biestable, que puede conseguirse mediante
la inyección óptica en láseres de semiconductor.
Curva característica:
Circuito de activación para diodos laser
Diodo Schottky
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Diodo Schottky
Varios diodos Schottky
Tipo
Elemento
pasivo, semiconductor
Principio de
funcionamiento
Barrera de Schottky
Invención
Walter H. Schottky
Símbolo electrónico
Terminales
Ánodo y Cátodo
[editar datos en Wikidata]
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.
Funcionamiento[editar]
A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cuando la
polarización cambia de directa a inversa, pero a medida que aumenta la
frecuencia el tiempo de conmutación puede llegar a ser muy alto, poniendo en
peligro el dispositivo.
El diodo Schottky está constituido por una unión metal-semiconductor (barrera de
Schottky), en lugar de la unión convencional semiconductor P - semiconductor
Nutilizada por los diodos normales.
Así se dice que el diodo Schottky es un dispositivo semiconductor "portador
mayoritario". Esto significa que, si el cuerpo semiconductor está dopado con
impurezas tipo N, solamente los portadores tipo N (electrones móviles)
desempeñarán un papel significativo en la operación del diodo y no se realizará la
recombinación aleatoria y lenta de portadores tipo N y P que tiene lugar en los
diodos rectificadores normales, con lo que la operación del dispositivo será mucho
más rápida.
Características[editar]
Diodo Schottky 1N5822 con un corte en su encapsulado. El semiconductor en el
centro forma una barrera de Schottky entre un electrodo metálico (realizando una
acción rectificadora) y un contacto ohmico con el otro electrodo.
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 efectua 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 y devolverlos al bus de
continua para que estos no 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.
Figura 3. Curva característica.
En los anexos podremos ver algunas características y curvas específicas de
funcionamiento del diodo Schottky ante diferentes parámetros tales
como temperatura, capacitancia, etc.
Aplicaciones

En fuentes de baja tensión en la cuales las caídas en los rectificadores son
significativas.

Circuitos de alta velocidad para computadoras donde se necesiten grandes
velocidades de conmutación y
mediante su poca caída de voltaje en directo permite poco gasto de energía.

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.
Regulador de tensión con diodo Schottky
Diodo Zener
Ir a la navegaciónIr a la búsqueda
Diodo Zener
Pequeño diodo Zener
Tipo
Semiconductor
Símbolo electrónico
Terminales Ánodo y Cátodo (se polariza
inversamente, con respecto al
diodo convencional)
[editar datos en Wikidata]
El diodo Zener es un diodo de silicio fuertemente dopado1 que se ha construido
para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su
inventor Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de
los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se
presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga
y temperatura.
Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos
similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Además si el
voltaje de la fuente es inferior a la del diodo este no puede hacer su regulación
característica.
Índice





1Características
2Operación
3Referencias
4Véase también
5Enlaces externos
Características[editar]
Si a un diodo Zener se le aplica una tensión eléctrica positiva del ánodo respecto a
negativa en el cátodo (polarización directa) toma las características de un diodo
rectificador básico (la mayoría de casos), pero si se le suministra tensión
eléctrica positiva de cátodo a negativa en el ánodo (polarización inversa), el diodo
mantendrá una tensión constante. No actúa como rectificador sino como un
estabilizador de tensión
En conclusión: el diodo Zener debe ser polarizado inversamente para que adopte
su característica de regulador de tensión. En la siguiente figura se observa un
circuito típico de su uso como regulador de tensión:
Regulador de tensión utilizando diodo Zener
Variando la tensión V a valores mayores que la tensión de ruptura del Zener, Vz
se mantiene constante.
Su símbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales a los lados.
Se deberá tener presente, que el diodo Zener al igual que cualquier dispositivo
electrónico, tiene limitaciones y una de ellas es la disipación de potencia, si no se
toman en consideración sus parámetros, el componente se quema.
Operación[editar]
Un diodo de estado sólido convencional permite una corriente significativa si está
polarizado en inversa por encima de su voltaje de ruptura inversa.
Característica de voltaje-corriente de un diodo Zener con un voltaje de ruptura de
17 voltios. Observe el cambio de escala de voltaje entre la dirección polarizada
hacia delante (positiva) y la dirección polarizada hacia atrás (negativa).
Cuando se excede el voltaje de ruptura de polarización inversa, un diodo
convencional está sujeto a alta corriente debido a la ruptura de avalancha. A
menos que esta corriente esté limitada por la circuitería, el diodo puede dañarse
permanentemente debido al sobrecalentamiento.
Un diodo Zener exhibe casi las mismas propiedades, excepto que el dispositivo
está especialmente diseñado para tener un voltaje de ruptura reducido, el
denominado voltaje Zener. En contraste con el dispositivo convencional, un diodo
Zener con polarización inversa exhibe una falla controlada y permite que la
corriente mantenga el voltaje a través del diodo Zener cerca del voltaje de ruptura
de Zener.
Por ejemplo, un diodo con una tensión de ruptura Zener de 3.2 V presenta una
caída de voltaje de casi 3.2 V en un amplio rango de corrientes inversas. El diodo
Zener es por lo tanto ideal para aplicaciones tales como la generación de un
voltaje de referencia (por ejemplo, para una etapa de amplificación), o como un
estabilizador de voltaje para aplicaciones de baja corriente.
Otro mecanismo que produce un efecto similar es el efecto de avalancha como en
el diodo de avalancha.
Los dos tipos de diodos se construyen de hecho de la misma manera y ambos
efectos están presentes en los diodos de este tipo. En diodos de silicio de hasta
aproximadamente 5,6 voltios, el efecto Zener es el efecto predominante y muestra
un marcado coeficiente de temperatura negativo. Por encima de 5,6 mk voltios, el
efecto de avalancha se vuelve predominante y exhibe un hp coeficiente de
temperatura positivo.
En un diodo de 5,6 V, los dos efectos se producen juntos, y sus coeficientes de
temperatura casi se cancelan entre sí, por lo tanto, el diodo de 5,6 V es útil en
aplicaciones de temperatura crítica. Una alternativa, que se utiliza para las
referencias de voltaje que necesitan ser altamente estables durante largos
períodos de tiempo, es usar un diodo Zener con un coeficiente de temperatura
(CT) de +2 mV / ° C (voltaje de falla de 6.2-6.3 V) conectado en serie con un diodo
de silicio con polarización directa (o una unión BE de transistor) fabricado en el
mismo chip.
Coeficiente de temperatura de la tensión Zener contra voltaje Zener nominal.
El diodo con polarización directa tiene un coeficiente de temperatura de -2 mV / °
C, lo que hace que los coeficientes de temperatura se cancelen.
Las técnicas de fabricación modernas han producido dispositivos con tensiones
inferiores a 5,6 V con coeficientes de temperatura insignificantes, pero a medida
que se encuentran dispositivos de mayor voltaje, el coeficiente de temperatura
aumenta drásticamente. Un diodo de 75 V tiene 10 veces el coeficiente de un
diodo de 12 V.
Los diodos Zener y de avalancha, independientemente del voltaje de ruptura, se
comercializan generalmente bajo el término general de "Diodo Zener".
Por debajo de 5.6 V, donde domina el efecto Zener, la curva voltaje-corriente
cercana a la ruptura es mucho más redondeada, lo que requiere un mayor cuidado
al enfocar sus condiciones de polarización. La curva voltaje-corriente para Zeners
por encima de 5,6 V (que está dominada por Avalancha), es mucho más nítida en
el momento de la avería.
COMPORTAMIENTO DEL DIODO ZENER
Como se puede observar en la siguiente figura, el comportamiento de un diodo
zener no dista de el diodo convencional. Desde el punto de vista de su
comportamiento son iguales. La aplicación es que en este caso el voltaje de zener
o Vz es seleccionado de manera cuidadosa. Usualmente desde las unidades
hasta las decenas de volts. Lo que lo hace ideal para trabajar su comportamiento
“on-off” para esta región.
Figura 3: Curva de un diodo semiconductor. En azúl se representa la región en
directa y en rojo la región en inversa.
EJEMPLO DE DIODO ZENER
En primer lugar, considere el siguiente circuito. Se tiene un divisor de voltaje o
tensión con un par de resistencias. En este caso se tiene que tomar en cuenta que
la resistencia R2 es la carga de un sistema. R1, por lo tanto, es la resistencia en
serie o de salida de algún otro módulo. A continuación, suponga que queremos
limitar o regular el voltaje de entrada de dicho sistema con un voltaje máximo (de
5V, pero puede variar dependiendo el diodo zener). Esto aplicable a casos donde
el incremento de potencial pueda dañar algún circuito o sistema. Buscamos un
diodo zener con el voltaje máximo deseado y lo configuramos como la siguiente
figura.
CALCULOS DE COMPROBACIÓN
Favor de revisar que si por ejemplo, el sistema tiene una carga variable
(resistencia o impedancia) es posible que el voltaje supere al del zener. Tomemos
por ejemplo una resistencia en serie de 1 KOhm. Un voltaje de entrada de 12V. El
voltaje máximo, o del zener es de 5V. La carga varia de 500 Ohms a 10 KOhms.
Entonces consideramos las salidas si el diodo zener no estuviera puesto, que
serian.
Por lo tanto, la salida es mayor a 5V. Cabe señalar que en el diagrama que se
muestra a continuación el diodo zener no esta conectado al circuito.
Figura 4: Divisor de tensión, en donde la resistencia de carga hace las veces de
R2.
Se puede observar que sin el diodo zener, se sobrepasa el nivel de voltaje
máximo. Al poner el diodo entre la salida del divisor y tierra, la diferencia de
potencial del mismo se mantiene fija. Por lo tanto, cuando la salida del voltaje es
mayor al Vz, entonces la salida es Vz. En este caso 5V.
Figura 5: Con un diodo en un divisor, la tensión se regula al voltaje del diodo.
Lo primero, antes de explicar el diodo zener y para los que todavía no lo saben,
vamos a explicar que es un diodo.
Un diodo es un componente electrónico (semiconductor) que permite el paso de
la corriente "solo en un sentido". Veamos el diodo real y su símbolo.
Como vemos para que la corriente pase a través de diodo debe conectarse el
ánodo al positivo y el cátodo al negativo.
Cuando el diodo permite el paso de la corriente decimos que está polarizado
directamente. Si está conectado de forma que la corriente no pasa por él decimos
que está polarizado inversamente. Veamos que ocurre cuando conectamos un
diodo con una lámpara en serie.
No vamos hablar más del diodo, si quieres saber más te recomendamos este
enlace: Diodo.
Ahora vamos a conocer al Diodo Zener.
¿Qué es un Diodo Zener?
Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están
diseñados para mantener unvoltaje constante en su terminales, llamado Voltaje
o Tensión Zener (Vz) cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está
el cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa. Un zener en conexión con
polarización inversa siempre tiene lamisma tensión en sus extremos (tensión
zener).
Aquí tienes la imagen de un diodo zener real:
Como Funciona un Diodo Zener
Cuando lo polarizamos inversamente y llegamos a Vz el diodo conduce y
mantiene la tensión Vz constante aunque nosotros sigamos aumentando la
tensión en el circuito. La corriente que pasa por el diodo zener en estas
condiciones se llama corriente inversa (Iz).
Se llama zona de ruptura por encima de Vz. Antes de llegar a Vz el diodo
zener NO Conduce.
Como ves es un regulador de voltaje o tensión. Fijate en la gráfica de
funcionamiento del zener más abajo.
Cuando está polarizado directamente el zener se comporta como un diodo
normal.
Pero OJO mientras la tensión inversa sea inferior a la tensión zener, el diodo no
conduce, solo conseguiremos tener la tensión constante Vz, cuando esté
conectado a una tensión igual a Vz o mayor. Aquí puedes ver una la curva
característica de un zener:
Para el zener de la curva vemos que se activaría para una Vz de 5V (zona de
ruptura), lógicamente polarizado inversamente, por eso es negativa. En la curva
de la derecha vemos que sería conectado directamente, y conduce siempre, como
un diodo normal. Este diodo se llamaría diodo zener de 5V, pero podría ser
un diodo zener de 12V, etc.
Sus dos características más importantes son su Tensión Zener y la
máxima Potencia que pueden disipar = Pz (potencia zener).
La relación entre Vz y Pz nos determinará la máxima corriente inversa, llamada
Izmáx. OJO si sobrepasamos esta corriente inversa máxima el diodo zener puede
quemarse, ya que no será capaz de disipar tanta potencia.
Un ejemplo: Tenemos un diodo zener de 5,1V y 0,5w. ¿cual será la máxima
corriente inversa que soportará?
Recordamos P = V x I; I = P/V. En nuestro caso Izmáx = Pz/Vz = 0,5/5,1 =
0,098A.
Para evitar que nunca pasemos de la corriente inversa máxima, los diodos zener
se conectan siempre con una resistencia en serie que llamamos "Resistencia de
Drenaje".
Vamos a ver como sería la conexión básica de un diodo zener en un circuito:
La Rs (resistencia en serie con el zener) sería la resistencia de drenaje que sirve
para limitar el flujo de corriente por el zener y la Rl es la Carga a elemento de
salida que va a tener la tensión zener constante por estar en paralelo con el diodo
zener. ¿Te das cuenta que la conexión es inversa?. Así se conectan siempre el
zener diodo.
En el circuito anterior la tensión de salida se mantendrá constante, siempre que
sea superior a la Vz, y además será independiente de la tensión de entrada Vs.
Esto nos asegura que la carga siempre estará a la misma tensión.
Si aumentamos por encima de Vz la tensión de entrada Vs a la salida tendremos
siempre la tensión constante igual a Vz.
La Rs absorbe la diferencia de tensión entre la entrada y la salida. ¿Cómo se
calcula la Rs?
Rs = (Vs- Vo)/ (Il + Iz)
Siendo Vs la tensión de entrada del regulador, Vo la tensión de salida, que será
igual a Vz, Il es la intensidad de carga máxima e Iz la intensidad o corriente a
través del diodo zener.
Esta última se escoge siempre de un valor del 10% o del 20% de la corriente
máxima.
¿Para qué sirve un diodo Zener? estos diodos se utilizan como reguladores de
tensión o voltaje para determinadas tensiones y resistencias de carga. Con un
zener podemos conseguir que a un componente (por ejemplo un altavoz) siempre
le llegue la misma tensión de forma bastante exacta.
Otro uso del zener es como elemento de protección de un circuito para que
nunca le sobrepase una determinada tensión a la carga del circuito.
OJO los zener deben diseñarse para que sean capaces de soportar la potencia
de la carga, de otra forma podrían llegar a bloquearse o incluso quemarse.
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