Las características de un diodo ideal

Fabian Giovani Sanchez Salamanca 1032419518 Grupo 1

TALLER 3 DE FÍSICA ELECTRÓNICA

Describa con sus propias palabras las características del diodo ideal y como éstas determinan el estado de conducción y de corte del dispositivo. Mencione por qué son apropiados los equivalentes de corto circuito y circuito abierto.

El diodo ideal es un dispositivo de dos terminales que tiene el símbolo y las características que se muestran en la figura 1.1a y b, respectivamente.

(a)

(b)

Figura 1.1 Diodo ideal: (a) símbolo; (b) característica.

En forma ideal, un diodo conducirá corriente en la dirección definida por la flecha en el símbolo y actuará como un circuito abierto para cualquier intento de establecer corriente en la dirección opuesta. En esencia.

Las características de un diodo ideal son las de un interruptor que puede conducir corriente en una sola dirección.

En la descripción de los elementos que sigue, un aspecto muy importante es la definición de los símbolos literales, las polaridades de voltaje y las direcciones de corriente. Si la polaridad del voltaje aplicado es consistente con la que se muestra en la figura 1.1.a, la parte de las características que se consideran en la figura 1.1.b, se encuentra a la derecha del eje vertical. Si se aplica un voltaje inverso, las características a la izquierda son pertinentes. En el caso de que la corriente a través del diodo tenga la dirección que se indica en la figura 1.1.a, la parte de las características que se considerará se encuentra por encima del eje horizontal, en tanto que invertir la dirección requerirá el empleo de las características por debajo del eje.

Uno de los parámetros importantes para el diodo es la resistencia en el punto o región de operación. Si consideramos la región definida por la dirección de ID y la polaridad de VD en la figura 1.1.a (cuadrante superior derecho de la figura 1.1.b), encontraremos que el valor de la resistencia directa RF, de acuerdo a como se define con la ley de Ohm es:

(corto circuito) donde VF es el voltaje de polarización directo a través del diodo e IF es la corriente en sentido directo a través del diodo.

El diodo ideal, por consiguiente, es un corto circuito para la región de conducción.

Si consideramos la región del potencial aplicado negativamente (tercer cuadrante) de la figura 1.1.b,

(circuito abierto) donde VR es el voltaje de polarización inverso a través del diodo e IR es la corriente inversa en el diodo.

El diodo ideal, en consecuencia, es un circuito abierto en la región en la que no hay conducción.

En síntesis, se aplican las condiciones que se describen en la figura 1.2.

Figura 1.2 Estados (a) de conducción y (b) de no conducción del diodo ideal.

En general, es relativamente sencillo determinar si un diodo se encuentra en la región de conducción o en la de no conducción observando tan solo la dirección de la corriente ID establecida por el voltaje aplicado. Para el flujo convencional (opuesto al de los electrones), si la corriente resultante en el diodo tiene la misma dirección que la de la flecha del mismo elemento, éste opera en la región de conducción. Esto se representa en la figura 1.3a. Si la corriente resultante tiene la dirección opuesta, como se muestra en la figura 1.3b, el circuito abierto equivalente es el apropiado.

Defina: semiconductor, resistividad, material intrínseco, aislante y enlace covalente.

Semiconductor: Un producto de materiales - por lo general consta de silicio - que conduce la electricidad más de un aislante, pero menos de un conductor puro, tal como cobre y aluminio. Los semiconductores son por lo general muy pequeñas y dispositivos complejos, y se pueden encontrar en miles de productos tales como computadoras, teléfonos celulares, electrodomésticos y equipos médicos. También conocido como "chips" o "semis".

Resistividad: La resistividad o resistencia específica es una característica propia de un material y tiene unidades de ohmios–metro. La resistividad indica que tanto se opone el material al paso de la corriente.

La resistividad [ρ] (rho) se define como:

ρ = R *A / L

Donde:

- A es el área transversal medida en metros2

- ρ es la resistividad medida en ohmios-metro

- L es la longitud del material medida en metros

- R es el valor de la resistencia eléctrica en Ohmios

De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de un resistor, utilizado normalmente en electricidad y electrónica, depende en su construcción, de la resistividad (material con el que fue fabricado), su longitud, y su área transversal.

R = ρ * L / A

- A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistencia

- A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia

Material intrínseco: Se le llama así al cristal del semiconductor que es químicamente puro, y que además no presenta defectos en su red cristalina. A 0°k no existen portadores de carga libres, y el semiconductor se comporta como un aislante, pero al incrementarse la temperatura empiezan a generar pares electrón - hueco.

Estos pares electrón - hueco se generan al romperse los enlaces entre los átomos. Igualmente pueden ocurrir aniquilaciones de pares electrón hueco cuando un electrón de la banda de conducción hace una transición a la banda de valencia y ocupa un estado vacío (hueco), este proceso es denominado recombinación.

Aislante: es el material que se utiliza para recubrir algún elemento de una instalación eléctrica. Como el aislante no es conductor de la electricidad (ya que no permite el paso de la corriente), se usa para impedir que la corriente salga del circuito o que entren en contacto las distintas partes conductoras. De esta manera se refuerza la seguridad de la instalación. La cinta aislante que se emplea para recubrir los cables es uno de los aislantes eléctricos más populares.

El aislante térmico, en cambio, se caracteriza por su elevada resistencia térmica, lo que dificulta que el calor entre o salga de un sistema. En dos medios diferentes, el calor suele propagarse y la temperatura tiende a igualarse. Lo que hace el aislante térmico es imposibilitar u obstaculizar dicho proceso.

Otro tipo de aislante es el aislante acústico, cuya función es impedir que el sonido entre o salga de un medio. El material, por lo tanto, se usa para reflejar o absorber la energía, según el caso. Es habitual que se utilicen aislantes acústicos en los estudios de radio (para impedir que ingresen ruidos del exterior y se filtren en los micrófonos) o en las discotecas (para que el elevado sonido de la música no moleste a los vecinos).

Enlace covalente: Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).

Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

¿Cuánta energía en Joules se requiere para mover una carga de 6 C a través de una diferencia de potencial de 3V?

Q= 6C

V=3V

U=1/2 Q.∆V

U=1/2.6C.3V

U=9 joules

Describa la diferencia entre los materiales semiconductores Tipo p y tipo n.

En principio el material básico para ambos es un chip hecho de un único cristal de silicio. Lo que significa que todos los átomos dentro del cristal están alineados en las mismas filas y capas a través de todo el cristal, sin embargo ciertas modificaciones se hacen al cristal de silicio en cada región. La región del ánodo tiene algunos átomos de aluminio mezclados con los de silicio. Debido a eso y por razones que veremos mas adelante, el material de ánodo es llamado silicio de tipo P. De la misma forma, la región del cátodo del cristal tiene algunos átomos de fósforo puestos por aquí y por allá, este tipo de material se llama silicio tipo N.

Señale y explique las aplicaciones más comunes del diodo. (Rectificadores)

La familia de diodos rectificadores está concebida especialmente para esta aplicación aunque los de baja potencia también pueden ser empleados como diodos de señal o conmutación en circuitos de CD o baja frecuencia y en aquellos de tipo digital que no requieran velocidad muy elevada.

El encapsulado de estos diodos depende de la potencia que se requiera disipar, para los de baja y media potencia se emplea el plástico hasta un límite de alrededor de 5W. Por encima de este valor se hace necesario un encapsulado metálico y en potencias más altas deberá estar la cápsula preparada para que pueda ser instalado el diodo sobre un radiador de calor, 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 Puente;

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