Fórmulas para calcular ganancia an las 3 configuraciones del transistor , y algunos ejemplos de diagramas de amplificadores de audio.

“Algunos diagramas de circuitos amplificadores de audio”

Amplificador de 90W

 }Utilizando solo cuatro transistores en configuración cuasi-complementaria este amplificador puede entregar 90W de potencia sobre una carga de 4 ohms y a un costo realmente bajo (tan sólo un dolar por transistor).

Como se ve en el diagrama no hay componentes caros en este circuito, salvo el transformador de la fuente y el parlante. La etapa de entrada esta formada por dos drivers de corriente que excitan directamente a los pares de transistores de la etapa de salida. Estos últimos (los 2N3055) deben ser montados sobre generosos disipadores de calor a fin de preservar la vida útil de dichos dispositivos. Al ser alimentado por una fuente simple (de 80Vcc) a la salida de la etapa final, antes del parlante, se debe colocar un capacitor que bloquee el paso a la corriente continua y solo deje pasar la señal de audio. La fuente debe ser capas de proporcionar 1.5A de corriente por canal de audio. De esta forma una potencia estéreo requerirá de 3A para funcionar y una de cuatro canales requerirá 6A.

Amplificador de 55w

Hasta ahora todos los circuitos de potencia para auto requerían de una fuente elevadora de tensión puesto que estos equipos necesitaban mas de 40 voltios. Este circuito rompe con esa tradición haciendo posible fabricar un amplificador de audio de buena calidad para el coche con solo un circuito integrado por canal de audio. De esta forma para hacer una unidad estéreo bastará con dos integrados y para hacerla cuadrafónica habrá que usar cuatro.

Como se ve en el diagrama el chip tiene todo lo necesario en su cápsula por lo que solo queda colocar los capacitores y resistores de filtrado y control. Ya que el sistema es del tipo puente los dos terminales de parlante son amplificados, por lo que no se debe colocar ninguno de ellos a masa. De todas formas el circuito está protegido contra costos en la salida, además de una larga lista de otras protecciones. Está configurado en clase H. Para mas información acerca de este chip conectarse con la página de Philips electronics, cuyo link está disponible en otra sección de este portal.

La salida de audio no requiere capacitores de bloqueo de DC así como conjuntos RL típicos en estos proyectos.

Es posible agregar una función de MUTE la cual omitimos en el diagrama para simplificarlo al máximo. De querer hacerlo hay que colocar un resistor de 1K entre masa y el terminal 4, dejando los componentes que están tal cual. Así el circuito entra en estado mudo. Quitando dicho resistor el circuito vuelve a operar normalmente. Consultar la hoja de especificaciones para mas información al respecto.

Como en todos estos proyectos los disipadores de calor son extremadamente críticos. Una disipación deficiente hará que el circuito se recaliente y esto causará que el sistema se apague. No se va a arruinar porque el chip incluye protección térmica interna, pero se apagará haciendo que deje de amplificar. Un disipador y ventilador de microprocesadores Slot-1 ó Slot-A (como el AMD K7 ó el Intel Pentium III) es adecuado, siempre que se le de marcha al motor del ventilador. En el caso de utilizar este tipo de refrigeración forzada es importante diseñar un buen canal de aire puesto que de nada sirve el ventilador si no tiene entrada y salida de aire fresco. Otra forma de conseguir buenos disipadores es haciendo que los laterales del gabinete sean los mismos disipadores. En este caso el tamaño será adecuado y, además, estarán al exterior logrando recibir aire fresco permanentemente.

Cabe destacar que este pequeño "come" 10 amperios en máxima potencia por lo que los cables de alimentación deben ser de adecuada sección. Caso contrario se podrían cortar causando cortocircuitos en el circuito eléctrico del vehículo. Si va a montar cuatro de estos módulos tenga en cuenta lo siguiente: Un vehículo mediano dispone de una batería 63 amperios. Este circuito multiplicado por cuatro consume 40 amperios. Hay que hacer una simple división para determinar que es capaz de descargar la batería del auto en tan solo dos horas de uso a máxima potencia. Por ello tendrá que tener cuidados especiales como ver en donde se conecta la unidad. Otro factor importante es el sistema de encendido e inyección de combustible. Estos circuitos suelen ser algo sensibles a las caídas de tensión por lo que este amplificador puede perjudicar su funcionamiento. Una alternativa (muy común en estos casos) es colocar una segunda batería alojada en el baúl del vehículo, la cual se carga a través de un diodo desde el regulador de tensión del alternador. Aún el mas experto de los ingenieros debe darse una vuelta por una casa de instalación de este tipo de equipos ya que "al mejor cazador se le escapa una liebre" y un errorcito en la instalación puede dejarlo de a pié.

Ni piense en conectar el cable de alimentación del amplificador a la llave de encendido del vehículo directamente. Ni la llave de un camión de gran porte soportaría la corriente. La forma de conectarlo es simple, aunque requiere de un relay. Los contactos de la bobina del relay van en paralelo con la radio o pasa cintas actual del coche, mientras que los contactos de la llave mecánica de ese relay van en serie con el cable (grueso) que trae alimentación al amplificador desde la batería. De esta forma el relay hace la fuerza bruta y la llave de encendido sólo debe mover la bobina del electroimán. El relay debe ser capaz de manejar hasta 50A. Es posible conseguir uno así en las casas de repuestos para auto, pidiendo el que conmuta la alimentación general del motor o el que acciona el motor de arranque. Los que se emplean en las luces son demasiado pequeños.

Otro punto importante de la instalación es la señal de entrada. Si el equipo de cintas que tiene instalado en el coche no dispone de salida de línea deberá hacer una adaptación de impedancia y una reducción de potencia para poder conectar las salidas de parlantes de ese a las entradas de audio del amplificador. Una buena forma es comprar un ecualizador pasivo los cuales modifican el tono de cada banda a ecualizar "atenuando" las otras. Es importante que ese ecualizador no tenga salida amplificada, porque estaríamos en el punto de largada nuevamente. Aunque hoy día la mayoría de los equipos de CD para auto disponen de salida sin amplificar. Otra forma muy común es colocar transformadores de salida de audio con el bobinado de 8 ohms conectado a la salida del estéreo y el bobinado de 2000 ohms conectado a la entrada del amplificador. En este caso es aconsejable dotar al amplificador de un potenciómetro para ajustar el "tope" de entrada y prevenir sobre excitación.

Es necesario aclarar que si bien 1% de distorsión armónica total parece ser mucho para estar en un coche es algo bajo, dado que las unidades que se comercializan normalmente tienen índices del 3% al 5%. Sólo que al igual que hacen con la potencia mienten acerca de ese valor.

Dado que el chip dispone de un circuito de protección contra cortos que desconecta la salida cuando la impedancia de la carga cae por debajo de 0.5 ohms colocar parlantes de 2 ohms (o 2 de 4 ohms en paralelo) haría que la potencia lograda suba a 75 vatios, pero también subirá la distorsión a casi el 10%. Esto no es aceptable para sonido musical, pero para propaganda o publicidad en la vía pública es idóneo. Como es lógico también subirá la demanda de corriente.

Amplificador de Audio de 8w

No podía faltar en pablin el clásico amplificador de audio de 8w con TDA2002. Este amplificador que durante años predomino en los auto radios y demás montajes para coche.

El diagrama del circuito nos muestra que la señal de entrada es bloqueada en DC a través del capacitor de 1µF, luego ingresa al amplificador operacional por la entrada no inversora. De la salida se toma una parte de la señal para realimentar el sistema por medio de la entrada inversora. La señal completa de la salida se le quita la continua por medio del capacitor de 1000µF y se aplica al parlante, cuya impedancia debe ser de 4 ohms. De colocar un parlante de 8 ohms la potencia total obtenida será de 4 vatios.

El circuito se alimenta con 12V y necesita una corriente de 1A a máxima potencia.

Esta es la máscara negativa del circuito impreso para hacerlo con fotoresist.

Y esta es la posición de cada componente sobre la placa.

 Este impreso puede ser hecho sobre placa de fenólico sin inconvenientes. También puede optar por armarlo sobre una placa de circuito impreso universal del tipo islas con paso de 5mm.

AMPLIFICADOR  50W

Diseñamos este circuito para ser empleado como etapa de potencia cuadrafónica de una computadora equipada con una placa de sonido Diamond MonsterSound MX300. Así obtuvimos una potencia  de salida global de 200w con una distorsión armónica total inferior al 0.01%. Algo calificado como High-End Audio.

DESCRIPCION:El componente principal (y casi el único) de este sistema es un amplificador operacional integrado de la firma National Semiconductor, el LM3886TF. No hace falta ningún otro componente activo, sólo el integrado y un puñado de componentes pasivos tales como resistencias y capacitores

La señal de audio proveniente de la placa de sonido entra al amplificador operacional por su pin 10 (entrada no inversora). Un capacitor de 1µF deja pasar sólo la señal de audio, bloqueando la componente DC que pudiese existir. Un potenciómetro de 10K (opcional) permite ajustar el límite de entrada. A la salida una resistencia de 20K realiza la realimentación por medio de la entrada inversora mientras que un conjunto RL acopla la salida de potencia con el parlante. Este conjunto consta de una bobina de 10 a 15 vueltas de alambre 1.5mm sobre una resistencia de 10 ohms / 2 watts. Dos electrolíticos desacoplan la fuente de alimentación y un jumper controla la función Mute (enmudecer) la cual se activa abriendo el interruptor. El capacitor de 100µF junto con la resistencia de 47K hacen las veces de retardo de entrada, evitando ruidos al conectarse la alimentación.

FUENTE DE PODER:La fuente de alimentación debe proporcionar 70VCC simétricos (35+35) con una corriente de 6A.

Los diodos son de 100V / 8A y pueden ser remplazados por un puente rectificador. Los capacitores electrolíticos son de 10000µF / 50V. El transformador es de 220V en su primario y 50V en su secundario con punto medio y 6A de corriente para una configuración cuadrafónica.

DISIPADOR DE CALOR:

He aquí una solución económica a un gran problema. En vez de colocar grandes disipadores de aluminio hemos instalado en cada chip un disipador de los que se usaban en los microprocesadores Pentium de computadoras. Sí, esos pequeños cubos de metal de 5cm x 5cm que traían un mini ventilador atornillado.
En realidad el tamaño de disipador no es adecuado, pero hemos detectado que, con el ventilador funcionando y a máxima potencia de salida el amplificador no llega siquiera a calentar. Hemos, incluso, dejado el equipo funcionando a pleno durante un fin de semana completo sin que subiese la temperatura. Para alimentar los motores de los ventiladores bastará con colgarse a las líneas principales de alimentación limitando la corriente (provocando una caída de tensión) por medio de resistores de 100 ohms y 5 watts de potencia. Cada ventilador debe tener su propio resistor. Recomendamos colgar dos ventiladores al positivo (y masa) y dos ventiladores al negativo (y masa). Así la carga es equitativa para ambas fases.

“Transistor”

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos móviles, etc.

El Transistor Bipolar Como Amplificador

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.

Pero la gracia del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: I_C = β I_B, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.

Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:

Emisor común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, R_E > 50 Ω, y para frecuencias bajas, la ganancia en tensión se aproxima bastante bien por la siguiente expresión:  ; y la impedancia de salida, por R_C

Como la base está conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensión constante, V_g. También supondremos que β es constante. Entonces tenemos que la tensión de emisor es: V_E = V_B − V_g

Y la corriente de emisor: .

La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base: . Despejando

La tensión de salida, que es la de colector se calcula como:

Como β >> 1, se puede aproximar: y, entonces,

Que podemos escribir como

Vemos que la parte es constante (no depende de la señal de entrada), y la parte nos da la señal de salida. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada.

Finalmente, la ganancia queda:

La corriente de entrada, , que aproximamos por .

Suponiendo que V_B>>V_g, podemos escribir:

y la impedancia de entrada:

Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi.

Base Común

La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la ganancia aproximada siguiente: .

La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.

Colector Común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por 1/β.

 

EL DIODO

"EL DIODO"

Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica 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 eléctrica muy pequeña.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituídos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.

En síntesis el diodo semiconductor , es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión.

Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

Principio de operación de un diodo

El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)

Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los límites del semiconductor.

De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.

En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente

FORMACIÓN DE UN DIODO

Los diodos pn, son uniones de dos materiales semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que también reciben la denominación de unión pn. Hay que destacar que ninguno de los dos cristales por separado tiene carga eléctrica, ya que en cada cristal, el número de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es 0).

¿DE QUE ESTA FORMADO UN DIODO?

Los primeros dispositivos de este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían en un receptáculo de vidrio o de acero al vacío que contenía dos electrodos: un cátodo y un ánodo. Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el cátodo hacia el ánodo, el diodo de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación. Los diodos más empleados en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio, cuando la señal radiofónica se detectaba mediante un cristal de germanio y un cable fino terminado en punta y apoyado sobre él. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minúscula placa de cristal van montados dentro de un pequeño tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo.

FORMACIÓN DE LA ZONA DE LA CARGA ESPACIAL

Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je).

Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe diferentes denominaciones como zona de carga espacial, de agotamiento, de deplexión, de vaciado, etc.

A medida que progresa el proceso de difusión, la zona de carga espacial va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos.

Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión 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 si los cristales son de germanio.

La anchura de la zona de carga espacial una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Al dispositivo así obtenido se le denomina diodo, que en un caso como el descrito, tal que no se encuentra sometido a una diferencia de potencial externa, se dice que no está polarizado. Dado que los electrones fluyen desde la zona n hacia la zona p, al extremo p se le denomina ánodo (representándose por la letra A) mientras que al extremo n se le denomina cátodo (se representa por la letra C o K).

Existen también diodos de protección térmica los cuales son capaces de proteger cables.

Representación simbólica del diodo pn

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la polarización directa o inversa.

POLARIZACIÓN DIRECTA DE UN DIODO

 

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:

• El polo positivo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.

• El polo negativo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

• Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.

• Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y no llega hasta la batería.

POLARIZACIÓN INVERSA DE UN DIODO

 
En este caso, el polo negativo de la batería 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 tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

• El polo positivo de la batería 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 batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

• El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.

En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación, la corriente superficial de fuga no es despreciable.

CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO

• Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ).

La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión 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 tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

• Corriente máxima (Imax ).

Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.

• Corriente inversa de saturación (Is ).

Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la

formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.

• Corriente superficial de fugas.


Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

• Tensión de ruptura (Vr ).

Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión 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 polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.

• Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3•105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

Aplicaciones del diodo

Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador.

Algunos ejemplos de diodos son los siguientes:

1-Diodos rectificadores:

El encapsulado de estos diodos depende de la potencia que hayan de disipar. Para los de baja y media potencia se emplea el plástico hasta un límite de alrededor de 1 vatio. Por encima de este valor se hace necesario un encapsulado metálico y en potencias más altos deberá estar la cápsula preparada para que pueda ser instalado el diodo sobre un radiador de color, por medio de un sistema de sujeción a tornillo. Cualquier sistema rectificador de corrientes, tanto monofásicas como trifásicas o polifásicas, se realiza empleando varios diodos según una forma de conexión denominada en puente. No obstante, también se utiliza otro sistema con dos diodos, como alternativa del puente en algunos circuitos de alimentación monofásicos. Debido al gran consumo a nivel mundial de diodos que más tarde son empleados en montajes puente, los fabricantes decidieron, en un determinado momento, realizar ellos mismos esta disposición, uniendo en fábrica los cuatro diodos y cubriéndolos con un encapsulado común. Esto dio lugar a la aparición de diversos modelos de puentes de diodos con diferentes intensidades máximas de corriente y, por lo tanto, con disipaciones de potencia más o menos elevadas, en la misma forma que los diodos simples. En los tipos de mayor disipación, la cápsula del puente es metálica y está preparada para ser montada sobre un radiador.

Características

Cualquier diodo rectificador está caracterizado por los siguientes factores: - Corriente directa máxima (If). - Tensión directa (Vd), para una corriente If determinada. - Tensión inversa máxima de pico de trabajo (VRWM). - Tensión inversa máxima de pico repetitiva (VRRM). - Corriente máxima de pico (Ifsm). - Corriente inversa máxima de pico (IRM), medida a VRRM. - Potencia total (P/tot).

Estas características deberán ser tenidas en cuenta en el momento de la elección del modelo más adecuado para cada aplicación, procurando no ajustarse demasiado a los valores límites, ya que ello acortaría excesivamente la duración del componente.



2-Diodos zener:

Los diodos estabilizadores de tensión se emplean, como su nombre indica, para producir una tensión entre sus extremos constante y relativamente independiente de la corriente que los atraviesa. Aprovechan, para su funcionamiento, una propiedad muy interesante que presenta la unión semiconductora cuando se polariza inversamente por encima de un determinado nivel.

Normalmente un diodo que recibe una polarización inversa no permite el paso de la corriente o lo hace dejando pasar una intensidad debilísima. Sin embargo, al alcanzar una determinada tensión, denominada tensión zener se produce un aumento de la cantidad de corriente, de forma tal que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene prácticamente constante, aunque se intente aumentar o disminuir a base de variar la intensidad que lo atraviesa. Existe una amplia gama de tipos clasificados por una serie de tensiones zener normalizadas y por la potencia que son capaces de disipar, desde 250 mili vatios hasta decenas de vatios, con encapsulado plástico o metálico. Los parámetros que caracterizan a un diodo zener son:

- Tensión zener (Vz). - Corriente minima para alcanzar la Vz (Iz). - Potencia máxima (P/tot).


3-Diodo emisor de luz:

Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de led UV (ultraviolet light: ‘luz ultravioleta’) y los que emiten luz infrarroja se llaman IRED (InfraRed Emitting Diode).

El nombre español proviene del acrónimo inglés LED (Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’).

Funcionamiento físico

El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, 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.

Aplicaciones:

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc., y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores, además de ser utilizados para transmitir datos entre dispositivos electrónicos como en redes de computadoras y dispositivos como teléfonos móviles, computadoras de mano, aunque esta tecnología de transmisión de datos ha dado paso al bluetooth en los últimos años, quedando casi obsoleta.