Diodos

DEFINICIÓN DE DIODO Un diodo es una sustancia cuya conductividad es menor que la de un conductor y mayor  que la de un aislante. El grado de conducción de cualquier sustancia depende, en gran parte, del número de electrones libres que contenga. En un conductor este número es grande y en un semi semicon condu duct ctor or peque pequeño ño es insi insign gnif ific ican ante te.. El númer número o de elec electr trone oness libr libres es de un semi semico condu nduct ctor or depe depende nde de los los sigu siguie ient ntes es fact factor ores es:: calor calor,, luz, luz, campos campos eléct eléctri ricos cos y magnéticos aplicados y cantidad de impurezas presentes en la sustancia.

Compresión Para comprender más que son los diodos semiconductores es necesario en primer lugar  familiarizarse con las características de los cuerpos básicos y modificados que se u tilizan. Los cuer cuerpo poss bási básico cos, s, en las las aplic aplicaci acione oness come comerc rcia iale les, s, son son el germ german anio io y el sili silici cio o  purificados preparados especialmente en estado de cristal. Estos cuerpos son excelentes aislan aislantes tes porque porque la estruc estructur turaa crista cristalin linaa mantie mantiene ne eficazm eficazment entee en su lugar lugar todos todos los electrones externos que normalmente quedarían libres para entrar en la circulación de corriente. El diagrama representa representa la vista simplifica simplificada da de un cuerpo puro semiconductor semiconductor tal como el german germanio io o el silici silicio. o. Cada Cada átomo átomo tiene tiene cuatro cuatro electr electrones ones extern externos os repres representa entados dos por   pequeños signos negativos. Los electrones internos ligados al núcleo y el mismo núcleo, se representan mediante un circulo en negro. A causa de la estructura cristalina, los núcleos están alineados en disposición simétrica y cada electrón externo comparte la órbita de otro electr electrón ón extern externo o de un átomo átomo vecino. vecino. Es esta esta dispos disposici ición ón de órbita órbitass compart compartida idass que mantiene mantiene eficazmente eficazmente cada electrón en su lugar y no algún fuerte encadenamiento encadenamiento extraño extraño entre el electrón y su núcleo. Para Para que que una una tens tensió ión n apli aplica cada da dier dieraa luga lugarr a un fluj flujo o de elec electr tron ones es,, debe deberí ríaa ser  ser  sufi sufici cien entem temen ente te alta alta para para romp romper er la ligad ligadur uraa de los los elec electr trone oness antes antes de que que dich dichos os electrones quedaran libres para moverse hacia el terminal de tensión positiva. Al romper la ligadura, la tensión destruiría también la estructura cristalina. Como que no puede circular corriente eléctrica a través de un cuerpo cristalino puro tal como el descrito, aquel cuerpo debe modificarse para obtener una circulación de corriente que se pueda gobernar. Un método para obtener circulación de corriente es añadir una pequeña cantidad de átomos que tengan cinco electrones externos. Los átomos adecuados para este fin son los de fósforo, antimonio y más frecuentemente, arsénico. Estos átomos son distribuidos a través del cuerpo básico puro mientras se lo está tratando para que adquiera el estado cristalino y la estructura que se representa en el esquema. La proporción de los átomos que forman la impur impureza eza es del del orden orden de una una parte parte en cien cien mill millone ones. s. Una Una prop propor orci ción ón mayor mayor a una una circulación de corriente que ya no puede gobernarse. Los átomos que forman la impureza se introducen en la estructura de la misma manera que los átomos del cuerpo básico. La diferencia importante estriba en que el electrón externo 1

adicional de cada átomo de la impureza queda sin encadenarse con la estructura cristalina. Si se conecta una tensión continua (CC) entre los extremos de un trozo de semejante material, los electrones encadenados quedan libres para circular a través de la estructura cristalina hacia el borne positivo. El número total de electrones no encadenados en el cristal   perman permanece ece siempr siempree el mismo mismo —cada —cada electr electrón ón que abandon abandonaa el crista cristall en el termin terminal al  positivo es reemplazado por otro que entra por el negativo. En consecuencia, se produce una circulación constante de corriente. Como que la circulación de corriente en este material se debe a un exceso de partículas (electrones) negativas, se conoce a tal material como semiconductor "por exceso", o del "tipo N". Existe otro método de modificar el cuerpo básico cristalino puro para obtener un flujo de corriente que se pueda gobernar. Durante el tratamiento del cuerpo básico, los átomos de la impureza, tales como los de aluminio, boro o indio, se añaden en pequeñas cantidades. Estos Estos átomos átomos que forman forman la impure impureza za tienen tienen solame solamente nte tres tres electr electrones ones externos externos y se introducen en la estructura cristalina tal como se representa en el diagrama. La comparación de este diagrama con el correspondiente al cuerpo básico puro muestra que a la estructura modificada le falta un electrón por cada átomo de impureza. El espacio que deja deja en la estruct estructura ura el electr electrón ón que falta, se denomin denominaa "poro" "poro".. Se refier refieree al espaci espacio o exist existent entee entr entree las las molé molécul culas as de los los cuer cuerpos pos.. Obse Observ rvee que que el poro poro no está está situ situad ado o necesariamente en la vecindad inmediata del átomo de impureza. Durante el tratamiento, el átomo de la impureza atrae un electrón externo próximo para llenar el espacio de la estructura cristalina que le rodea y el poro "se mueve" hacia algún lugar. Una serie de electrones externos puede abandonar sus núcleos para llenar el espacio y el "poro" puede viajar una distancia considerable antes de alcanzar una posición de equilibrio. Aplicando una tensión de CC a través de los extremos de un trozo de este material el "poro" tiene las características de una carga positiva y circula hacia el terminal negativo de la fuente de tensión. El número total de "poros" en el cristal se mantiene siempre igual. Cada "poro" que alcanza el extremo negativo del cristal es neutralizado por un electrón que abandona el terminal positivo y entra en el cristal. Esto da al cristal un exceso de carga negativa. E1 cristal vuelve a ganar una carga neutra cuando descarga un electrón al terminal de tensión positiva y crea otro "poro". E1 nuevo "poro" circula hacia el terminal negativo dando como resultado una continua circulación de "poros" a través del cristal y un flujo continuo de electrones a través de los conductores. Como que la circulación de corriente en este cuerpo se debe a faltas ("poros") en la estructura cristalina y estas faltas simulan cargas positivas, el material es conocido como semiconductor "por defecto", o del "tipo P". Un diodo semiconductor consta esencialmente de materiales semiconductores de los tipos P y N en íntimo contacto entre sí. Existen dos tipos básicos de diodos semiconductores en uso actualmente el de "unión" y el de "puntos de contacto". Existen algunas variaciones fundamentales de cada uno de los tipos básicos que también se examinaran. 2

En la practica corriente se encuentran dos tipos diferentes de unión. En la unión se forma "por crecimiento" en el diodo y en el otro la unión se por "difusión". El dibujo dibujo repres represent entaa en forma forma simpli simplific ficada ada la dispos disposici ición ón para para formar formar una unión unión por  crecimiento. Dentro de un recipiente hermético en el cual se ha hecho el vacío, o se lo llena de un gas inerte, se suspende un crisol que contiene germanio puro. Mediante una bobina de inducción se calienta el germanio hasta su punto de fusión. Para comenzar la formación del diodo, se le añade impureza del tipo N, la que se difunde a través de la masa en fusión. Una pequeña barra, cortada de un solo cristal de germanio, se sumerge hasta tocar la superf superfici iciee del germani germanio o fundid fundido o y luego luego se la retira retira lentam lentament entee hacién haciéndol dolaa girar girar.. El germanio fundido se solidifica en el punto de contacto con la barra sólida y el proceso de extracción determina el crecimiento de una varilla de germanio tipo N. Esta varilla es en realidad un solo cristal perfecto con un diámetro del orden, de 25 milímetros. La unión se forma después de que la varilla ha crecido hasta una longitud de unos 12 milímetros. Se ánade suficiente cantidad de impureza de tipo P para neutralizar la impureza de tipo N y convertir al germanio en tipo P. Se continúa el proceso de extracción y el resto de la varilla es germanio tipo P. P. Toda la varilla es un solo cristal de germanio y la única diferencia es el tipo de impureza de sus sus dos dos mita mitade des. s. Se cort cortaa de la vari varill llaa la regi región ón de unió unión n P-N, P-N, que que se divi divide de en aproximadamente un centenar de pequeños prismas conteniendo todos la unión. Cada conjunto va provisto de terminales de alambre, conectados por fusión o soldadura, y el todo se encierra en un recipiente que lo protege mecánicamente y lo aísla de la atmósfera. Se explicó anteriormente que un diodo semiconductor consiste básicamente en una unión entre semiconductores tipo P y tipo N. A primera vista no parece existir unión P-N en el sistema de puntos de contacto. En realidad, no se comprende muy bien la manera de trabajar del diodo de puntos de contacto. En una u otra forma, independientemente de las diversas suposiciones que puedan hacerse, estas teorías llegan a conclusiones de que hay algo en la región del punto de contacto que trabaja de manera similar a una unión P-N. Una comprobación de esta teoría es el hecho de que los diodos de germanio de tipo N construidos de esta manera, generalmente trabajan mejor después de una "formación". La formación consiste en hacer pasar un fuerte impulso de corriente a través del diodo. Después de la formación, la punta del alambre de contacto se encuentra unida a la placa semiconductora. La intensa corriente, aparentemente funde el material semiconductor en la región de la punta de contacto. Esta rápida fusión y enfriamiento ocasiona al parecer una conversión localizada de la materia tipo N en materia tipo P formándose así una unión P-N. Los motivos de esta conversión son difíciles de explicar, pero pruebas exactas demuestran que la conversión tiene lugar.

NIVELES DE ENERGIA Son los radios de orbita los cuales indican el valor de cada nivel n ivel de energía de un átomo. 3

3 a . Ó R B IT A

3 e r.r . N I V E L D E E N E R G Í A

2 a . Ó R B I TA

2do. NIVEL DE EN ERG ÍA

1 e r.r . N I V E L D E E N E R G Í A

1 a . Ó R B I TA

BORDE DEL NÚCLEO

NÚCLEO

CRISTALES Es él ultimo electrón del átomo que se comparten en forma de unión con otros átomos que tengan ocho electrones el su ultima orbita de valencia. NÚCLEOS

NÚCLEOS

HUECOS Cuando una energía externa levanta un electrón de valencia aun nivel de energía Mayor, este este deja una vacante en su orbita externa a este proceso se le llama hueco.

BANDAS DE ENERGIA Cuando un átomo de cilicio se aísla este se contamina en un cristal y estos asemejan una  posición diferente dentro del cristal la cual no influye que estos trabajen en un mismo  patrón de cargas circunstantes por lo cual la carga de cada orbita es diferente

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B A N D A D E V A L E N C IA

2a. BAN DA 1a. BAN DA

CONDUCCIÓN EN CRIATALES C ada átomo de cobre tiene un electrón libre y este tiene una débil atracción por el núcleo. Y por esta razón puede conducir altas corrientes. Mientras que en la barra de cilicio se  produce un campo magnético porque estos electrones se cristalizan

DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS Son los dispositivos que están relacionados con la luz: •

Diodo LED.

•

Fotodiodo.

•

Display de 7 segmentos.

•

Optoacoplador.

DIODO LED Es un diodo emisor de luz. Símbolo:

Se basa en:

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El negativo de la pila repele a los electrones que pasan de n a p, se encuentran en p con un hueco, se recombina con él y ya no es electrón libre, al bajar de BC a BV pierde una energía E que se desprende en forma de luz (fotón de luz). Diferencias entre un diodo normal y un LED: •

•

Diodo normal, E en forma de calor. Diodo LED, E en forma de fotón.(E = h*f, h = cte de Planck, f = frecuencia que da color a esa luz). Diodo normal hecho de silicio. Diodo LED hecho de As, P, P, Ga y aleaciones alea ciones entre ellas. Para cada material de estos la distancia de BC y BV es distinta y así hay distintos colores, y mezclándolos se consiguen todos, hasta de luz invisible al ojo humano.

Aplicación: •

Lámparas de señalización.

•

Alarmas (fotones no visibles).

•

Etc...

El diodo LED siempre polarizado en directa, y emitirá luz. Podemos usar esto en una fuente de alimentación que hemos dado.

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La intensidad del LED:

 Normalmente para el valor de 10 mA se suelen encender (ver en el catálogo). La tensión en el LED:

Diferencia con el silicio, la tensión es mayor. Cuando no dice na da se coge VLED = 2 V.

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Aquí el diodo LED es un indicador que nos dice si la fuente de alimentación está encendida o apagada. EJEMPLO: TIL 222 LED verde VLED = 1,8 : 3 V Hay que ver que luz da, si funciona bien en ese rango de valores. Se sacan las intensidades  para los 2 extremos:

La corriente varía muy poco, lo que implica que la iluminación varía muy poco, está muy  bien diseñado.

EJEMPLO:

 No es muy buen diseño porque p orque la intensidad varía bastante, y la iluminación varía mucho. Conclusión: Los circuitos con tensiones grandes y resistencias grandes funcionan bien, por  lo tanto, si se pueden tomar valores grandes.

DISPLAY DISPLAY DE 7 SEGMENTOS SE GMENTOS 8

Son 7 diodos LED:

Se utiliza en electrónica digital con + 5 V y 0 V. V. EJEMPLO: El 7:

En este ejemplo se han encendido los LED A, B y C.

Simulación

En esta applet podemos ver los distintos dígitos que se pueden conseguir utilizando e l Display de 7 segmentos. Al pulsar cada botón aparecerá el dígito respectivo.

EL FOTODIODO Recibe luz, al contrario que el led:

Se usa en polarización Inversa. Diodo normal en inversa: 9

Cuando se coloca una pila en inversa, el negativo atrae a los huecos y los saca de la unión con el ión ( lo mismo con el positivo y los electrones). Pero se llega a un equilibrio, un equilibrio con una W (anchura de z.c.e.) concreta. Y no tenemos ni huecos ni electrones en la z.c.e. (W) y esa unión me la pueden pasar los  portadores (h y e) (solo quedan los iones en la W).

Hay una pequeña generación térmica y los pares h-e que se crean se recombinan antes de llegar a W... W... No sirve para nada, se recombinan pero los que se generan cerca de la unión  pueden cruzar y los minoritarios sirven para cruzar y tenemos e hacia la izquierda y h hacia la derecha. Tenemos así una corriente inversa de saturación que es muy pequeñ a. Otra corriente que tenemos es la If  que es también pequeña. Se suele coger la corriente de p hacia n, en la realidad es al revés, por eso I = -IS - If , es negativa. En un fotodiodo además de la generación térmica se le suma la "Generación por energía luminosa", que la crean los fotones que atacan cerca de la unión formando más pares h-e y  por lo tanto más corriente. Entonces tenemos:

Y la corriente es mayor:

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Aumenta en valor absoluto. Es para convertir energía luminosa en energía eléctrica.

Aplicación: Las placas solares están basadas en los fotodiodos. Si los pongo en paralelo es el doble, por  eso se ponen muchos.

Pero el rendimiento es pequeño todavía. En fotodiodos interesa que la luz se de cerca de la unión por eso están pintadas de negro en todo excepto cerca de la unión.

EL OPTOACOPLADOR  Es un encapsulado con 4 patillas, también de negro, para que no salga luz de dentro hacia fuera.

Si vario la pila varía I LED, varía la iluminación que recibe el fotodiodo, varía su corriente I. Esta variación de V afecta a la I y esta a la tensión en R L. En realidad ese circuito es como: 11

Pero el fotodiodo sirve para aislar, puede dar problemas conectar directamente a la carga. EJEMPLO: Conectar un torno, le tengo que pasar información con un control numérico.

Le mando información en 5 V y 0 V y como es un ambiente malo puede haber información que varía, picos problemas (o vuelven del torno picos). Hay que aislar un circuito de control (CNC) de la máquina que voy a controlar.

El Optoacoplador suele quitar los picos, amortigua los parásitos, no reacciona tan  bruscamente a la luz y se reducen reduc en esos picos problemáticos.

Aplicación: Osciloscopio Tiene problemas de tierra. Se puede hacer un cortocircuito entre las 2 tierras

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Solución poner un Optoacoplador para medir lo que se quiera.

Ahora si se puede y no tenemos el cortocircuito que teníamos anteriormente.

EL DIODO ZENER  La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila). Símbolo:

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Característica Su gráfica es de la siguiente forma:

Un diodo normal también tiene una zona de ruptura, pero no puede funcionar en él, con el Zener si se puede trabajar en esa zona. La potencia máxima que resiste en la "Zona de Ruptura" ("Zona Zener"):

En la zona de ruptura se produce el "Efecto Avalancha" Avalancha" ó "Efecto Zener", Ze ner", esto es, la corriente aumenta bruscamente. Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (VZ) hay que ver la impurificación porque VZ es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las impurezas.

La zona de ruptura no es una vertical, realmente tiene una inclinación debida a R Z:

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En un "Diodo Zener Real" todos son curvas, pero para facilitar los cálculos se aproxima siempre.

Las aproximaciones para el zener son estas:

MODELO IDEAL (1ª APROXIMACIÓN)

Si buscamos su equivalente veremos que es una pila con la tensión VZ.

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Esto solo es válido entre IZmín y IZmáx.

2ª APROXIMACIÓN

Como en el caso anterior lo sustituimos por un modelo equivalente:

SIMULACIÓN El circuito es un limitador con diodos zener. z ener. En este circuito, cuando un diodo esta  polarizado en directa, el otro diodo lo estará en inversa. Se utiliza la segunda aproximación de los diodos. Podemos variar la escala de la gráfica modificando la escala del eje y. Cada vez que se introduzcan nuevos datos, pulsar el botón "Calcular". Para realización de esta simulación se han tomado estas equivalencias: 16

R L = Rload

VL = Vload

COEFICIENTE DE TEMPERATURA Anteriormente habíamos visto que dependiendo de la impurezas que tengamos se puede conseguir un zener con distinto VZ (diferentes tipos de zener).

Además esto es para una misma temperatura, pero si se varía la temperatura se compo rta de otra manera, veámoslo con un ejemplo:

EJEMPLO:

En este caso el zener tiene un "Coeficiente de Temperatura Negativo" (porque al aumenta la temperatura disminuye VZ). Esto les ocurrirá a todos los zener hasta VZ = 5 V. Veamos que ocurre cuando tenemos un valor mayor de VZ.

EJEMPLO: VZ = 15 V

Ocurre todo lo contrario que antes, an tes, la VZ aumenta con la temperatura, este zener tiene un "Coeficiente de temperatura positivo". Y esto ocurre para todos los zener de 6 V en adelante. La razón por lo que pasa eso es porque para menos de 5 V se da el "Efecto Zener". Pero a  partir de 6 V se da el "Efecto Avalancha".

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¿Que hacer si queremos alimentar una carga a 11 V?

Si queremos que no varié mucho es mejor que pongamos 2 de 5,5 V porque no varían tanto con la temperatura. Para que la tensión sea más estable y no varíe tanto con la temperatura.

Otro tipo de encapsulado que tiene 2 diodos dentro es este:

En este caso tenemos un diodo normal y un zener. En este caso además de compensarse es  bastante estable.

EJEMPLO:

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Es un convertidor CC/CC (continua en continua). Convierte 18 V en 10 V. V. ¿Cómo funciona? Hay que ver si el zener trabaja en ruptura.

Pero todavía hay que ver la corriente, veamos tres casos:

Recordar para estar en ruptura se tenía que cumplir:

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EL REGULADOR ZENER  Anteriormente habíamos visto este circuito:

Primeramente supondremos que están conectados directamente, por lo tanto vC = vL entonces:

Problemas que podemos tener: •

R L variable (variaciones de carga).

•

Variaciones de tensión de red (variaciones de red).

Debido a estos dos problemas la onda de salida de ese circuito puede variar entre dos valores y como nuestro objetivo es obtener una tensión constante a la salida tendremos que hacer algo. Para resolver este problema ponemos un regulador de tensión basado en el diodo zener zene r.

Ahora vamos a analizar este regulador de tensión.

REGULADOR DE TENSIÓN EN VACÍO (SIN CARGA) 20

vS estará entre un mínimo y un máximo, y el regulador tiene que funcionar bien entre esos 2 valores (vSmáx y vSmín).En este caso vS lo  pondremos como una pila variable.

Además para que funcione correctamente el zener tiene que trabajar en la zona de ruptura.

Para que esté en ruptura se tiene que cumplir:

EJEMPLO: Comprobar si funciona bien el siguiente circuito:

Hay que ver si en la característica los valores se encuentran entre IZmín y IZmáx para comprobar si funciona bien. 21

Funciona bien porque se encuentra entre los dos valores (máximo y mínimo). La salida es constante, lo que absorbe la tensión que sobra es la R (que es la resistencia limitadora).

REGULADOR DE TENSIÓN CON CARGA

Para comprobar que estamos en ruptura calculamos el equivalente de Thevenin desde las  bornas de la tensión VZ:

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Como en el anterior caso los valores v alores del circuito tienen que estar entre un u n máximo y un mínimo:

El zener absorbe la corriente sobrante (IZ variable) y la resistencia (R) la tensión sobrante. Entonces a la salida la forma de la onda es la siguiente:

•

2ª aproximación 23

El circuito equivalente sería de la siguiente forma:

A ese circuito se le aplica la superposición:

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Como la superposición es la suma de estos 2 circuitos la solución será esta:

Con esto se ve que lo que hace el zener es "Amortiguar el rizado". Veamos cuanto disminuye el rizado:

EJEMPLO:1N961 VZ = 10 V R Z = 8,5 V VRentr. = 2 V

Si quiero disminuir más el rizado pondría otro regulador que disminuiría más el rizado pico a pico:

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HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE UN ZENER  Vamos a ver el calculo de los valores a partir de la hoja de características con un ejemplo. EJEMPLO: 1N759 VZ = 12 V IZT = 20 mA El fabricante suele dar un valor intermedio de VZ y IZT.(corriente de prueba, valor al que el fabricante a hecho esa prueba).

Al ser una curva, su pendiente varía y su R Z también, entonces el fabricante suele dar el valor en ese punto: R Z = ZZT = 30 W a IZT = 20 mA IZmáx = 30 ÷ 35 mA (esta variación entre diodos iguales es debida a la tolerancia). Haciendo algunos cálculos: PZ = VZ·IZ = 12·30 = 360 mW = 12·35 = 420 mW Tolerancia: En cuanto a la tensión zener (VZ): Serie 1N746 (1N746 al 1N759) ± 10 % Serie 1N746A (1N746A al 1N759A) ± 5 % EJEMPLO: 1N759 VZ = 12 V ± 10 % (13,2 V y 10,8 V) 1N759A VZ = 12 V ± 5 % (12,6 V y 11,4 V)

EL DIODO SCHOTTKY 26

A frecuencias bajas un diodo normal puede conmutar fácilmente cua ndo 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 es la solución ya que puede conmutar más rápido que un diodo normal. El diodo Schottky con polarización directa tiene 0,25 V de barrera de potencial frente a los 0,7 V de un diodo normal. Puede rectificar con facilidad a frecuencias superiores a 300 MHz.

MEZCLADORES DE ALTA FRECUENCIA DE TIPO SCHOTTKY Y SIS Para frecuencias más altas de 100 GHz no existen todavía amplificadores y tiene que ser  usados mezcladores directamente. El límite de frecuencia máxima es determinado por la capacidad y resistencia en el diodo. El diodo de tipo Schottky tiene las mejores propiedades a este respecto con una frecuencia máxima de 2-3 THz. Este tipo de diodo se hace con un contacto usando un alambre pequeño o "bigote de gato" en una tapa de plomo-oro sobre un semi-conductor de arseniuro de galio. El factor de conversión de un mixer normal es menor que uno porque los diodos funcionan en una forma resistente. Esto significa ruido y no se puede hacer en un sistema de bajo ruido. Si usar otra cosa que un diodo que es mucho más no-lineal, efectos cuanto-mecánico se  puede actuar para hacer conversión con ganancia. Esto necesita un cambio de corriente

significante por un cambio de - la energía de un foton. Un "sandwich" de superconductor-aislante-superconductor (SIS) tiene esta propiedad y usar  el efecto de Josephson de "tunneling" por la insulador. Los mezcladores SIS normalmente están hechos de Anobium con un a islante de óxido metálico de 2 nm de d e grosor. grosor. La única fuente de ruido es el principio de incertidumbre de Heisenberg, así:

 para 100 GHz da una temperatura de 7K. 27

El problema de los mezcladores SIS es su necesidad de temperaturas por debajo de 4K y su rango dinámico limitado.

EL VARI VARICAP CAP El Varicap Varicap (Epicap, capacidad controlada por tensión o diodo de sintonía) es un diodo que se comporta como un condensador donde la capacidad esta controlada por la tensión. Las regiones p y n se comportan como las placas de un condensador y la zona de deplexión es como el dieléctrico.

En inversa la anchura de la "Zona de deplexión" aumenta con la tensión inversa y la capacidad disminuye.

DIODO DE TUNEL Al aumentar el nivel de contaminación de un diodo inverso se puede obtener un punto de ruptura en 0 voltios y también una mayor contaminación que distorsiona la curva directa a este diodo se le puede denominar también como diodo esaky que es dolarización directa o conducción inmediata. Cuando la corriente alcanza un valor máximo Ip (corriente pico). Cuando el voltaje del diodo es igual Vp entonces I disminuye a un valor mínimo Iv (corriente de valle) para dar V. V. La región entre pico y valle v alle es región “R” porque esta región es un incremento de V y un decremento de I = corriente de 4.22ª. 4.2 2ª.

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DIODOS INVERSOS Los diodos zener normal mente tienen un voltaje de ruptura mayor a 2 voltios aumentando el nivel nivel de contam contamina inació ción n el cual obtenemos obtenemos una conducci conducción ón direct directaa ocurre ocurre todaví todavíaa alrededor de +0.7v pero ahora la conducción inversa (ruptura) principia aproximadamente a  –0.1v. un diodo con una curva I-V se le llama diodo inverso porque conduce mejor la dirección inversa que en la directa. En est6e también se puede utilizar el símbolo zener.

P IC O d e 0.4-V

-0.1 0 .7

P IC O d e 0.5-V

DIODOS LASER  los integrantes básicos de la emisión láser en los diodos son el mecanismo de bombeo y la cavidad cavidad óptica óptica.. un láser láser semico semicondu nductor ctor,, la gananci gananciaa es aportad aportadaa por una corrie corriente nte de inyección. de esta manera, los padres electrón-agujero dan inversión de población necesaria  para la emisión láser. la recombinación estimulada lleva a la aplicación de la luz, generando 29

fotones con la misma dirección de propagación, polarización frecuencia y fase que el fotón que ha inducido la recombinación. Los pares electrón-agujero deben estar confinados en una zona estrecha para mantener la inversión inversión de población población a un nivel elevado. si no es así hay que suministr suministrar ar inyecciones inyecciones de corriente demasiados grandes al diodo para obtener emisión láser. por simplicidad, los pares electrón-agujero se llaman portadores, y la vida media de los portadores es el tiempo medio que tardan los portadores en recombinar. recombinar. M IR R O R

+L/2

R

+d/2 R

active l a y e r 

C

1

C

2

r 

+d/1 a

R

-L/2 M IR R O R C O N TA C T

la sencilla unión p-n, resultado del crecimiento en el mismo sustrato, pero con diferentes niveles de dopaje, no es capas de conseguir el confinamiento necesario, por que la anchura de la región en que los portadores están confinados aumenta debido a la defunción de los   portadores el problema de la difusión de los portadores puede resolverse parcialmente usando heterostructuras. dos tipos diferentes de estructura pueden analizarse dependiendo del mecanismo del confinamiento lateral de los portadores. En laceres semiconductores guiados por la ganancia no se incorpora ningún confinamiento añadido y el perfil de la ganancia viene determinado esencialmente por la región de corriente de inyección y efectos difusivos. Los laceres guiados por índice, la región activa esta rodeada lateralmente por material con un índice de refracción menor. En estos dispositivos se consigue un nivel de confinamiento   bastante elevado. Aparte de dar un buen confinamiento a los portadores, los laceres de doble doble hetero hetero estruct estructura ura guiados guiados por el índice índice tambié también n incorp incorpora oran n un confin confinami amient ento o adecuado para la luz. El mecanismo de guiaje es debido a un mayor índice de refracción en la regio activa que en el resto de capas que la rodean. De esta manera la luz viaja hacia delante y hacia atrás como lo haría el interior de una fibra óptica una cavidad óptica adecuada es necesaria para conseguir la emisión láser. Solo el proceso de amplificación tiene sentido, y se emite luz coherente, cuando la vida media de los fotones es suficiente 30

grande. En otros tipos de láser la cavidad esta limitada por dos espejos con curvaturas que dependen de la distancia distancia y en la geometría geometría del medio activo. Mientras Mientras unos de los espejos  puede diseñarse totalmente reflectante, el otro debe permitir que halla luz de salida

Energía REGION ACTIVA

n-TYPE

p-TYPE BANDA DE C O N D U C C IO N

electrones

n2

n1 +

+

+

+

+

holes

+

n1 +

BANDA DE VALENCIA

Los laceres de cavidad vertical (VCSELs) tienen una longitud de cavidad muy corta y necesitan reflectibedades del 99% el espejo normalmente esta incorporado en la estructura láser a partir del mismo sustrato, y esta formado de muchas capas alternadas de diferentes materiales. El reflector de Bragg que así resulta permite una característica casi plana de la reflectivilidad para un rango considerable de longitudes de onda. Laceres mas convencionales (EELs) no necesitan espejos para operar la longitud de su cavidad de unas 300 micras, micras, es suficientemente suficientemente grande grande para permitir permitir la emisión láser láser sin espejos adicionales. De hecho, la reflectividad en la separación láser–aire es cercana al 32%. El valor grande del índice de refracción en la zona activa confina la luz a la región con ganancia material.

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Los dos tipos de laceres semiconductores antes mencionados se llaman laceres de tipo Fabry Fabry-Pe -Perot rot.. Los lacere laceress con feedbac feedback k distr distribu ibuido ido (DFB) (DFB) incorp incorpora oran n un gratin grating g a la estructura que colabora a la lección de la longitud de onda de emisión.

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