EFECTO DE LA RESISTENCIA NEGATIVA EN OSCILADORES CON DIODO TUNEL

Diodo Túnel

El diodo túnel es un diodo semiconductor formado por una unión pn, pero a diferencia del diodo semiconductor básico, las dos partes de germanio tienen un dopado fortísimo.

La característica principal de este diodo es que en él se produce el efecto túnel que da origen a una resistencia negativa, en un intervalo de la función corriente-tensión del diodo.

Comportamiento:

Cuando se polariza el diodo directamente y se somete muy poco voltaje (por debajo de la tensión umbral de un diodo normal), la corriente asciende rápidamente, hasta llegar a un punto máximo. Esta corriente a muy poco voltaje es dada por el efecto túnel.

Luego al llegar al punto máximo si aplicamos más voltaje la corriente disminuye a medida que la tensión va aumentando (debido a que el efecto túnel desapareció), en este intervalo se da la llamada resistencia negativa. Luego de los 0.7V su comportamiento es como un diodo normal. Cabe resaltar que en inversa el diodo conduce y funciona como un corto circuito.

Oscilador

En electrónica, un oscilador es un dispositivo capaz de convertir la energía de corriente continua en corriente alterna de una determinada frecuencia fijada, es decir, es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica).

¿Cómo convierte un voltaje continuo a uno alterno? Debido a las oscilaciones generadas por un capacitor y una inductancia que hacen parte del circuito. Las oscilaciones se dan gracias al proceso de carga y descarga del capacitor, y la interacción de la corriente con los campos eléctricos y campos magnéticos de la bobina y el condensador, respectivamente. Estas oscilaciones pueden ser sinodales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida.

Osciladores con resistencia negativa

El circuito anterior, es el circuito elemental de un oscilador con resistencia negativa, consta de un diodo túnel u otro dispositivo de resistencia negativa, conectado en paralelo con un circuito resonante LCR. Estos circuitos son capaces de absorber potencia en d.c y convertir parte de esa energía en una salida senoidal, de frecuencia elevadas.

Los osciladores con resistencia negativa, tiene un punto Q de operación como lo tendría cualquier transistor, este punto de operación Q estará comprendido entre los a y b de la figura siguiente, que es la zona en que se da la resistencia en la gráfica i vs v del diodo túnel.

Las oscilaciones se generan cuando el circuito operación Q, allí la resistencia del diodo puede llegar a ser positiva en parte de cada clico senoidal, del circuito LCR, cuando la amplitud de la oscilación llegue a ser lo suficientemente grande. Si Rn es la resistencia negativa del diodo promediada en un ciclo de la onda, entonces si el voltaje rms en diodo es V, la carga absorbe V2/Rt y el diodo entrega V2/|Rn| watts. Rn en valor absoluto sin importar si está en el ciclo positiva o negativa. Si la potencia entregada es mayor que la absorbida, la amplitud de la oscilación crecerá. En cada ciclo, la amplitud ira creciendo aun mas, debido que es un clico, si la amplitud recibida es menor que la entregada, la amplitud crecerá, si pasa esto, la amplitud nueva excitara aún más adentro de las regiones alrededor de los puntos a y b, donde |rn| llega a ser sumamente grande. Esto hará que |Rn| crezca y decrezca la potencia entrega, hasta que se mantenga en equilibrio.

Matemáticamente, el voltaje instantáneo v está dado por:

V(t): 〖e^(-αt) (B〗_1 cosω_d t+B_2 cosω_d t)

Donde B1 y B2 son constantes y

α=1/2RC

ω_0=1/√LC

ω_d=√(〖ω^2〗_o-α^2 )

La resistencia R seria el paralelo de Rn y Rt, entonces podemos inferir de las anteriores formulas, si Rt es negativa la amplitud crece con el tiempo pero cuando Rt es menor que Rn y α y decaen las oscilaciones

La resistencia R seria el paralelo de Rn y Rt, es decir:

(R_t R_n)/(R_(t+) R_n )

Entonces podemos inferir de las anteriores formulas, si Rt es mayor que Rn y α es positiva entonces el voltaje v(t) aumentaba con el tiempo. Pero si Rt es menor a Rn y α son positivas, las oscilaciones decaen.

Como conclusión tenemos que el diodo túnel es utilizado como un amplificador de voltaje en un circuitos osciladores, ya que entrega mayores amplitud de voltaje pico cuando se encuentra en su punto de operación Q, además entrega oscilaciones constantes cuando se encuentra en su punto de operación, debido a esto, son utilizados para osciladores que trabajen con frecuencias microondas.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador_electr%C3%B3nico

http://www.sapiensman.com/ESDictionary/T/Technical_vocabulary_Spanish(T18).htm

http://www.unicrom.com/Tut_diodo_tunnel.asp

http://www.depeca.uah.es/depeca/repositorio/asignaturas/30830/CapOsciladores.pdf

http://books.google.com.co/books?id=Vex8tfgszn8C&pg=PA319&lpg=PA319&dq=resistencia+negativa+oscilador&source=bl&ots=LvDtRmmgjW&sig=QFpuoVV0wppTJKbVJb-ENFm6v5o&hl=es&sa=X&ei=cQdxVKmxMoGJNvP_gagD&ved=0CCsQ6AEwAw#v=onepage&q&f=false (Libro Electrónica Fundamental para científicos)

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