que probarlo con tensiones mayores que la directa de condução; a vezes a de uma pila é insuficiente. Teoría elemental del díodo semiconductor A explicação del funcionamiento de un diodo pertenece al campo de la física quántica, que requiere instrumentos matemáticos y conceptuales más avanzados que los de este libro. Pero sigue igualmente una descripción parcial. E l e c t r i c i d a d y e l e c t r ó n i c a140 U I 4 2 1 3 5 6 l CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO REAL 1: Corriente directa máxima admisible. 2: Tensión Zener, o tensión inversa de avalancha. 3: La pendiente de esa parte indica la pequeña conductancia inversa. 4: Tensión umbral de conducción directa. 5: Esa pendiente corresponde a la gran conductancia directa. 6: Corriente inversa máxima admisible. 3 La corriente inversa depende mucho de la temperatura, por eso es posible usar un diodo como termómetro. l Cuando se prueba un diodo con un multímetro o téster, hay que tener en cuenta que, con la perilla en óhmetro, y por razones constructivas, el polo positivo sale del enchufe marcado como negativo. l Corriente directa Cátodo Ánodo +– K 1N4001 El físico Clarence Melvin Zener (1905–1993) estudió el efecto que lleva su nombre, por el cual, si la tensión inversa es suficiente, un diodo conduce al revés. Desarrolló diodos que operan normalmente en esas condiciones, y sirven para mantener una tensión constante. Abajo, el símbolo, y el sentido normal de circulación de la corriente, opuesto al de los diodos comunes. l Cap 12:Maquetación 1 06/10/2010 03:35 a.m. Página 140 El silicio es un elemento químico que, como el germanio y el selenio, tiene cuatro electrones en su capa más externa, cuando harían falta ocho para que fuera estable como un gas noble (en este caso el argón, de número atómico 18). En un cristal cúbico de silicio, cada átomo está rodeado por cuatro vecinos (arriba, abajo, izquierda, derecha, adelante y atrás), y comparte con ellos los electrones externos; así cada uno completa ocho. Un campo eléctrico externo arranca electrones de algunos átomos; éstos quedan con huecos de electrones, de carga positiva, que atraen electrones vecinos de otros átomos, los que se alojan en los huecos; y así, aunque los protones permanezcan en su sitio, los huecos se van a otros átomos, como se traslada hacia atrás un claro entre los coches, cuando avanzan uno a uno, en una congestión de tránsito. Con eso, sólo tenemos un material algo conductor. Pero si cuando se fabrica el cristal se agregan pequeñas cantidades de arsénico, antimonio o fósforo, que tienen cinco electrones en su capa externa, en la red cristalina quedan electrones sobrantes. Esa operación se llama dopado; y el material resultante, silicio N. Recíprocamente, si en la fabricación de otro cristal se agregan pequeñas cantidades de aluminio, indio o galio, que tienen tres electrones en su capa externa, entonces sobran huecos, y se obtiene silicio P. En un átomo aislado, o casi aislado, como el de un gas, los electrones tienen permitidos ciertos niveles separados de energía, como lo indican las líneas de la figura, y les son prohibidas las energías intermedias. En un só- lido, en cambio, donde los átomos están más cerca unos de otros, la energía de un electrón puede tener valores continuos dentro de ciertas bandas separadas, con una banda interme- dia de energías prohibidas, como lo representan los cuadros de la figura, donde el inferior es la banda de valencia, y el su- perior, la de conducción. En los metales, esas bandas se sola- pan, por eso conducen bien la corriente. En los aislantes, las bandas permitidas están muy alejadas, y no conducen; y en los semiconductores, la banda prohibida 141D i o d o s s em i c o n d u c t o r e s Un led se compone de un cristal de arseniuro de galio (los hay de otras sustancias, or- gánicas e inorgáni- cas), soldado sobre un cátodo cóncavo, que hace de espejo. Lo toca un bigote metá- lico soldado al ánodo. Con lupa, se pueden ver algunos detalles constructivos. A la de- recha, su símbolo. l La tensión directa, o umbral, de un led, es de más de 2 V. Enton- ces, con una sola pila de 1,5 V, no enciende; y con dos en serie, se arruina. La figura muestra una forma correcta de probar un led, con una tensión mayor que la directa, y con un resistor en serie; por ejemplo, 9 V y 1.000 . La pata más larga es el ánodo, o terminal positivo. l l Izquierda, átomo de silicio, con 14 neutro- nes, 14 protones y 14 electrones. Derecha, cristal cúbico de silicio. lDiodo semiconductor compuesto por un cristal P y uno N, unidos. P N Cap 12:Maquetación 1 06/10/2010 03:35 a.m. Página 141 es estrecha, y los electrones pueden pasar de una banda a otra con un salto pequeño de energía. La unión PN actúa como una barrera de energía pequeña en un sentido, y de energía mayor en el opuesto; y en eso se basa la conducción en un solo sentido. Rectificación de corriente La intercalación de un diodo en serie alcanza para que una tensión alterna, formada por semiciclos de las dos polaridades, resulte en una tensión de una única polaridad, aunque eso no alcance para calificarla de continua (una tensión conti- nua debería ser aproximadamente constante, en condiciones fijas de uso). Para aprovechar los dos semiciclos, se pueden usar cuatro diodos, que en esa aplicación constituyen un rectificador de onda completa de puente de diodos. Una manera de conseguir el mismo efecto con sólo dos diodos, es usar un transformador cuyo secundario tenga un punto medio, como muestra el capítulo anterior para los dio- dos de vacío. Ahora representamos más simbólicamente el transformador. A veces se dispone de tensión trifásica;4 entonces es posible conseguir una mejor rectificación. La línea gruesa representa la tensión de salida en función del tiempo. E l e c t r i c i d a d y e l e c t r ó n i c a142 Rectificador de seis pulsos, de 3  380 V de entrada, y salida de tensión casi continua, de 24 V y 4.000 A. Su- mergido en aceite, di- sipa el calor por radia- dores. Se usa en la in- dustria electroquími - ca; por ejemplo, para platear cobre, o para anodizar aluminio. l Puentes rectificado- res monolíticos, cada uno con cuatro diodos encapsulados juntos. La tensión alterna se conecta entre los dos terminales indicados ~ ~, y la tensión recti- ficada sale por los contactos + y –. Un monolito es un mo- numento de una sola piedra. 4 El capítulo 5 da detalles sobre esa clase de alimentación. t U t U Entrada Salida l Rectificador de media onda, que usa un solo diodo. t U Entrada Salida + – l Puente rectificador. En cada medio ciclo conducen dos diodos opuestos, mientras los otros dos impiden el paso de la corriente. + – l Rectificación trifásica de media onda, también llamada de tres pulsos por ciclo. Cap 12:Maquetación 1 06/10/2010 03:35 a.m. Página 142 que varíe de manera sinusoidal entre –311 V y +311 V, hace que un calefactor alimentado con ella, caliente lo mismo que si se lo conectara a 220 V de tensión continua; entonces el valor eficaz de una tensión alterna de 311 V de cresta, es de 220 V. Para una tensión que varíe de manera sinusoidal en el tiempo, la relación entre el valor de cresta y el valor eficaz, es igual a la raíz cuadrada de dos. Capacitor electrolí- tico de 10.000 micro- farad y 10 volt, y uno de poliéster, de ta- maño similar, de sólo 0,15 microfarad, aun- que de 280 V; y sus símbolos. Para igual presta- ción, los capacitores electrolíticos son de tamaño mucho me- nor. Pero sólo admi- ten una polaridad (un electrolito es un lí- quido conductor). l Cap 12:Maquetación 1 06/10/2010 03:35 a.m. Página 143