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| Diodos especiales |
Variando adecuadamente la fabricación o la composición de las zonas de la unión N-P se obtienen diodos semiconductores con características especificas que los hacen útiles en determinados usos; entre ellos destacan el diodo de Zener, el varicap, el diodo de túnel y los fotodiodos.
El diodo de Zener
Cuando se polariza inversamente la unión N-P se produce una débil corriente de portadores minoritarios, que circula desde el ánodo P hasta el cátodo N; pero si se incrementa dicha tensión y se alcanza un valor muy constante, denominado «tensión de ruptura» o «tensión de Zener», en ese momento la corriente se incrementa muchísimo, como se refleja en la siguiente imagen.
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| Curva característica del diodo zener |
El diodo de Zener se utiliza precisamente para trabajar polarizado inversamente y soportando la tensión de ruptura, con lo que la corriente que pasa por él es grande y, según sus características de fabricación, puede soportarla hasta un valor máximo, que nunca se puede sobrepasar. A ésta se le llama «tensión de ruptura» porque al llegar a ella se produce la ruptura de los enlaces covalentes de la estructura del silicio, provocando un aumento considerable en la velocidad de los portadores. El nivel de tensión en que se produce la ruptura es muy constante y, siempre que la intensidad no sobrepase el máximo permitido y la temperatura de la unión permanezca dentro de los límites de trabajo, el fenómeno es reversible, o sea, que el diodo de Zener se comporta igual que la unión N-P con polarización directa, mientras que al aplicarle tensión inversa superior a la de ruptura, deja pasar una corriente importante de ánodo a cátodo, pero recuperando totalmente las características de un diodo si se rebaja el valor de dicha tensión.
Este diodo semiconductor recibe el nombre de «estabilizador de tensión», pues se suele utilizar como elemento que fija una tensión de referencia en los circuitos, dado que la tensión entre sus electrodos, una vez superada la ruptura, es constante, como se aprecia en la curva característica que hemos visto.
El símbolo del diodo de Zener es parecido al del diodo normal y en la siguiente imagen se presentan dos símbolos diferentes que se suelen usar.
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| Símbolo del diodo zener |
La nomenclatura de los diodos de Zener es la que se explicó en la publicación anterior, pero además se suele añadir el dato correspondiente a su tensión de referencia o ruptura. Así, por ejemplo, el Zener BZY 88/C4V7 significa: B, de silicio; Z, diodo de Zener; Y, de potencia, que en este caso es de 400 mW; 4V7, tensión de referencia 4,7V; C, tolerancia del +5 % sobre la tensión fijada nominalmente de referencia.
La utilización clásica del Zener es la de estabilizar la tensión, según el circuito básico mostrado en la siguiente figura.
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| Circuito básico del diodo zener como estabilizador de tensión |
En el ejemplo de la figura anterior se dispone de una tensión de 6,5 a 8 V, que se aplican al diodo de Zener en serie con una resistencia de absorción, de forma que el semiconductor quede polarizado inversamente. En estas condiciones el Zener absorbe 6,2 V, que es su tensión de ruptura, y el resto se disipa en calor en resistencia de absorción. La carga, al colocarla en paralelo con el diodo, siempre quedará polarizada con la tensión de 6,2 V, teniendo en cuenta que la máxima disipación en el semiconductor es de 400 mW, lo cual fija la intensidad máxima que puede pasar por él.
Si en lugar de corriente continua (c.c.) se aplica al circuito de la figura anterior corriente alterna (c.a.) el diodo de Zener limitará a su tensión de referencia la máxima de uno de los semiciclos, concretamente al que lo polariza inversamente, puesto que el otro quedará en casi su totalidad en la resistencia de absorción, ya que ante él el diodo se comporta prácticamente como un conductor, como se representa gráficamente en esta figura.
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| Circuito diodo zener alimentado con corriente alterna |
En caso de interesar limitar la amplitud de los dos semiciclos de la c.a. será preciso colocar dos Zener en oposición, que pueden tomar un solo componente llamado tirector, para que cada uno se encargue de evitar que se sobrepase su tensión de referencia en cada semiciclo, según queda reflejado en la siguiente figura.
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| Circuito de 2 diodos zener alimentado con corriente alterna |
El diodo Varicap
Al polarizar inversamente la unión N-P se crea en la zona central una capa aislante y neutra, debida a la recombinación de electrones y huecos en ella, que separa a los dos tipos de semiconductores, dando lugar a una capacidad entre ambos. Las armaduras del condensador ficticio están constituidas por los semiconductores N y P, que soportan la tensión inversa, y el dieléctrico es la zona neutra cuyo espesor es variable con el valor de la polarización externa, como se indica en la figura siguiente.
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| Partes internas de un diodo varicap |
El comportamiento de la unión N-P cuando se polariza inversamente es la de un condensador cuya capacidad depende de la tensión aplicada, por lo que sustituye ventajosamente a los antiguos condensadores variables, en los que mediante movimientos mecánicos se procedía a variar la superficie o espesor entre armaduras para lograr la capacidad adecuada, aunque con poca precisión y utilizando un componente de bastante volumen. En el caso de utilizar una unión N-P como condensador variable, llamado «varicap», basta regular la tensión inversa, que se aplica entre sus extremos con ayuda de un potenciómetro, para modificar la capacidad de forma muy exacta y ocupando el mínimo espacio. En la figura siguiente se muestra un varicap y un circuito básico para obtener una capacidad variable.
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| Circuito básico con un varicap |
El uso del varicap se ha extendido en todo tipo de circuitos electrónicos y muy en especial en radio y televisión, donde constituye el elemento fundamental de las etapas de sintonía.
Escrito por Archie Tecnology
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