El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz)

Es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz . Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida.

COMPOSICION DE LOS LED

 


Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.





APLICACIONES DE LOS LED

Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento y desplegar contadores

- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua.

- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.

- En dispositivos de alarma.

CONEXIÓN DE LOS LED

Para conectar LED de modo que iluminen de forma continua, deben estar polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de la fuente de alimentación conectada al ánodo y el polo negativo conectado al cátodo. Además, la fuente de alimentación debe suministrarle una tensión o diferencia de potencial superior a su tensión umbral. Por otro lado, se debe garantizar que la corriente que circula por ellos no excede los límites admisibles (Esto se puede hacer de forma sencilla con una resistencia R en serie con los LED). Unos circuitos sencillos que muestran cómo polarizar directamente LED son los siguientes:

DIODO ZENER

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común.

Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

Curva característica del diodo Zener

Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente.

¿Qué hace un regulador con Zener?

Un regulador con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.

Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente.

 

 

CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO

• Tensión umbral, de codo o de partida (V_γ ).
  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.
• Corriente máxima (I_max ).
  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 (I_s ).
  Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a 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 (V_r ).
  Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

• 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.
• Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. 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.

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.

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

CONDUCTORES, SEMICONDUCTORES Y AISLANTES

 

 

Materiales Conductores.

Los materiales conductores son aquellos materiales cuya resistencia al paso de la corriente es muy baja. En general podemos denominar material conductor a cualquier sustancia o material que sometido a una diferencia de potencial eléctrico proporciona un paso continuo de corriente eléctrica. En general todas las sustancias en estado sólido o líquido poseen la propiedad de conductividad eléctrica, pero algunas sustancias son buenos conductores, las mejores sustancias conductoras son los metales.

Entre los materiales considerados buenos conductores están los metales, el agua  y algunos cristales. Estos materiales aseguran que la electricidad pueda fluir libremente en un circuito.

Aquí está un ejemplo claro el cobre es uno de los  principales conductor de electricidad.  

Materiales Semiconductores.

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre, capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. Como por ejemplo esta el Silicio, el Selenio, el Germanio, entre otros.

Una muestra de un fragmebti de Silicio de alta pureza.

Materiales Aislantes.

Los aislantes son los materiales  que se utilizan para cubrir un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor.

 

 

ELEMENTOS FUNDAMENTALES DE LA TEORIA DE LOS SEMICONDUCTORES.

Los semiconductores son sustancias que se encuentran entre los buenos conductores de la electricidad y los aisladores ,ellos se encuentran en el grupo IV de la tabla periódica como el Germanio y el Silicio que tienen cuatro electrones en su ultimo nivel los cuales se comparten con los electrones de cuatro átomos vecinos para formar la red cristalina mediante un enlace coovalente.

Cuando unimos un semiconductor del tipo P con uno N se forma una unión P-N que es el basamento de construcción de un diodo semiconductor componente este importantísimo en la electrónica ya que permite el paso de la corriente en un solo sentido.

Cuando en la juntura P-N se establece el movimiento de los portadores mayoritarios en la zona de la unión se origina una polarizacion debido a la concentración de las cargas de signos contrarios a la de los portadores mayoritarios de cada tipo de semiconductor ( P o N ) ,formándose así la barrera de conducción con un campo eléctrico complementario dirigido de la parte positiva a la negativa de la barrera.

Si en estas condiciones la parte N se polariza mediante una fuente de energía positivamente se observa un aumento de la anchura de la barrera de conducción debido a que se añade una intensidad de campo eléctrico externo en el mismo sentido que el campo complementario de la barrera.

Ahora si la parte P del semiconductor se polariza positivamente inmediatamente aparece un campo eléctrico externo en la barrera de conducción en sentido contrario al campo eléctrico complementario y por tanto se reduce la anchura de la barrera de conducción , estableciéndose por lo tanto una circulación de corriente en el diodo.

Esta propiedad que tienen los diodos de permitir el paso de la corriente en un solo sentido se utiliza para construir los circuitos rectificadores para convertir la corriente alterna en directa.

   

JUNTURA P-N.

                               

POLARIZACION INVERSA.

 

POLARIZACION DIRECTA.

 

SIMBOLO DEL DIODO SEMICONDUCTOR.

 

CONDUCE LA CORRIENTE     NO CONDUCE LA CORRIENTE.