Dispositivos ópticos y de potencia

Dispositivos ópticos y de potencia

1. Diodos Emisores de Luz

   • El elemento optoelectrónico más popular, el LED
     • Se trata de una estructura hecha a base de semiconductor P y N funcionando como un diodo común, pero con la propiedad de emitir luz cuando circula por él una corriente.
       • Su principio de operación se basa en las propiedades cuánticas de la materia, que determinan que, cuando un electrón cruza un umbral de potencial superior hacia uno inferior, por ley de conservación de la energía, esta pérdida tiene que manifestarse de alguna forma, y si bien la mayoría de las veces se pierde en simple calor, en ciertas ocasiones lo hace produciendo un fotón, que es el que se lleva la energía liberada.
         • Precisamente cuando los electrones cruzan la unión PN en ciertos materiales, y los electrones circulando comienzan a caer en los huecos del material P, se produce este bajón en el nivel energético de estas partículas, y en consecuencia, al circular una corriente comienzan a liberarse fotones, produciendo como resultado una luz cuya magnitud y longitud de onda dependerán del material semiconductor usado, y de la construcción física del dispositivo.
           • • La construcción física de los LED es tan sencilla, que fácilmente pueden combinarse para crear distintos tipos de paneles para el despliegue de datos. Uno de los más comunes es el display de siete segmentos,

2. Fotodiodos y fototransistores

   • Se puede denominar “fotodetector” a cualquier dispositivo electrónico capaz de reaccionar de alguna forma ante la presencia o la intensidad de una señal luminosa.
     • Como su nombre lo indica, el primero es un diodo que normalmente se conecta en inversa, y que por tanto no conduce electricidad; pero cuando se aplica una luz externa, se produce un fenómeno de avalancha en el interior del dispositivo, y comienza a conducir electricidad. La cantidad de corriente que puede circular por su interior depende de la intensidad de la luz aplicada, y cuando la luz externa se apaga, el diodo nuevamente deja de conducir.
       • Entonces, se puede decir que el fotodiodo se comporta como una resistencia variable en función a la intensidad de la luz que se le aplique
         • En el caso del fototransistor
           • Una combinación de un fotodiodo y un transistor bipolar común. Esto implica que cuando el diodo recibe una luz externa, comienza a conducir, lo que enciende al transistor. La intensidad de la luz controlará el grado de conducción del transistor, así que se puede conectar a una fuente externa a través de una resistencia, y con eso en el colector del transistor se tendrá una representación fiel de la intensidad de la luz recibida, sólo que invertida.
   • Esto implica que los fotodetectores son diodos o transistores convencionales, con la única diferencia de que su construcción está optimizada para que reaccionen a la intensidad de la luz aplicada.

3. Optoacopladores

   • Se trata de componentes con forma de circuito integrado, y en uno de sus extremos se tiene un emisor de luz, y en el otro un receptor. El emisor casi siempre es un LED infrarrojo, mientras que el receptor puede ser un fotodiodo, un fototransistor, un foto-triac, un foto-SCR, etcétera.
     • Cuando se diseñe un circuito que incluya un optoacoplador de protección, es conveniente consultar en su hoja de datos el valor de su voltaje de aislamiento, el cual por lo general se mide en kilovoltios
       • los optoacopladores no sólo sirven para aislar: existen múltiples aplicaciones en que se requiere un emisor y un receptor luminosos, trabajando estrechamente y a corta distancia.
         • Para facilitar el diseño en esos casos, se cuenta con diversos pares emisor-receptor, capaces de captar el momento en que el haz luminoso entre ambos se interrumpe, lo cual es interpretado por el circuito de control según le convenga.

4. TRIAC y SCR

   • TRIAC
     • Lo que hace especial a este dispositivo es que puede conducir en ambas direcciones, dependiendo de su voltaje de polarización, y que puede dispararse con un pulso tanto positivo como negativo. Esta es la razón por la cual el triac es el componente ideal para el manejo de corriente alterna.
       • Siguiendo el mismo principio que el SCR; esto es, “recortando” la forma de onda de la alimentación de CA
         • Para poder disparar de forma rápida y económica a un triac, se diseñó un dispositivo muy peculiar: el diac
   • SCR
     • Cuando se desarrollaron los primeros dispositivos electrónicos, se descubrió que con capas de semiconductor P y N se formaba un diodo, con capas alternadas NPN o PNP se formaba un transistor bipolar de juntura
       • ¿y qué pasa con cuatro capas de semiconductor alternadas PNPN? Es así como aparece el primer tiristor: el SCR.
         • cuando se aplica un voltaje de polaridad positiva en la terminal superior y negativa en la inferior, el dispositivo no conduce en lo absoluto; cuando se invierte la polaridad, tampoco entra en conducción, pero algo especial sucede si se polariza nuevamente como al principio, y se envía un pulso de activación a través de la terminal intermedia: en ese momento el dispositivo comienza a conducir, y permanece encendido aún si se ha retirado el pulso de activación, siempre y cuando se mantenga la polaridad adecuada entre sus extremos, o mientras circule un mínimo de corriente por su interior.
           • • Esto significa que el SCR sólo conduce cuando está polarizado de forma adecuada, y esto se debe combinar con un pulso de activación en la terminal intermedia. Debido a este comportamiento, parecido a un diodo con una terminal de encendido
               • • Los SCR se utilizan sobre todo para el manejo de grandes corrientes a altos voltajes, especialmente en la rectificación y control de corriente alterna. Con ellos es posible “recortar” una señal de AC rectificada, de modo que el voltaje RMS obtenido pueda variar dependiendo del ángulo de activación del SCR.

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