viernes, 22 de marzo de 2013

Dispositivos Emisores


Los dispositivos emisores son aquellos que varían sus propiedades ópticas con la aplicación de un determinado potencial. Estas propiedades pueden ser la emisión de luz o simplemente la absorción o reflexión de la luz.

En este apartado se presentan los siguientes componentes:

  • DiodosLED
  • Diodos láser
  • Tubo de rayos Catódicos
  • Cristales líquidos

  • DIODOS EMISORES DE LUZ (LEDS)

Un diodo emisor de luz es un dispositivo de unión PN que cuando se polariza directamente emite luz.

Al aplicarse una tensión directa a la unión, se inyectan huecos en la capa P y electrones en la capa N. Como resultado de ello, ambas capas tienen una mayor concentración de portadores (electrones y huecos) que la existente en equilibrio. Debido a esto, se produce una recombinación de portadores, liberándose en dicha recombinación la energía que les ha sido comunicada mediante la aplicación de la tensión directa.

Se pueden distinguir dos tipos de recombinación en función del tipo de energía que es liberada:

  • Recombinación no radiante: la mayoría de la energía de recombinación se libera al cristal como energía térmica.
  • Recombinación radiante: la mayoría de la energía de recombinación se libera en forma de radiación. La energía liberada cumple la ecuación:


siendo E la diferencia de energía entre el electrón y el hueco que se recombinan expresada en electrón-voltios. Esta energía depende del material que forma la unión PN.

Para caracterizar la eficacia en la generación de fotones se definen una serie de parámetros:

La eficacia cuántica interna (s) es la relación entre el número de fotones generados y el número de portadores (electrones y huecos) que cruzan la unión PN y se recombinan. Este parámetro debe hacerse tan grande como sea posible. Su valor depende de las probabilidades relativas de los procesos de combinación radiante y combinación no radiante, que a su vez dependen de la estructura de la unión el tipo de impurezas, y sobre todo, del material semiconductor.

Sin embargo, la obtención de una alta eficacia cuántica interna no garantiza que la emisión de fotones del LED sea alta. La radiación generada en la unión es radiada en todas las direcciones. Es esencial que esa radiación generada en el interior del material pueda salir de él. A la relación entre el número de fotones emitidos y el número de portadores que cruzan la unión  PN se le llama eficacia cuántica externa (ext ). Las causas de que ext sea menor que s son tres:

  • Sólo la luz emitida en la dirección de la superficie entre el semiconductor y el aire es útil.
  • En la superficie entre el semiconductor y el aire se pueden dar fenómenos de reflexión, quedando los fotones atrapados en el interior del material.
  • Los fotones pueden ser absorbidos por el material para volverse a formar un par electrón-hueco.

  • Consideraciones prácticas

En la siguiente imagen se muestra el símbolo circuital más extendido del diodo LED.


En el análisis de un circuito, el diodo LED puede ser tratado de manera análoga a un diodo normal. Sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no están fabricados de silicio monocristalino, ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensión de polarización directa VD depende del material con el que esté fabricado el diodo.

Cuando se utilizan LEDs con tensión alterna se suele utilizar el esquema de la imagen siguiente:


Este esquema se utiliza para que el diodo LED no se encuentre nunca polarizado en inversa. Al situar un diodo normal en antiparalelo, la tensión máxima en inversa entre las terminales del LED es de 0,7 V. Esto se realiza así porque un diodo LED puede resultar dañado más fácilmente que un diodo normal cuando se le aplica una polarización inversa.

Materiales utilizados

Tal y como se ha expuesto anteriormente, los diodos LED no están fabricados de silicio monocristalino. El material que compone el diodo es importante ya que el color de la luz emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de fabricación (principalmente de los dopados).

En la tabla adjunta aparecen algunos ejemplos de materiales utilizados junto con los colores conseguidos: 



AsGa 904 nm IR 1 V
InGaAsP 1300 nm IR 1 V
AsGaAI 750-850 nm Rojo 1,5 V
AsGaP 590 nm Amarillo 1,6
InGaA lP 560 nm Verde 2,7 V
CSi 480 nm Azul 3V

Una de las aplicaciones más populares de los LEDs es la de señalización.
Quizás la más utilizada sea la de 7 LEDs colocados en forma de ocho tal y como se indica en la siguiente imagen.


Display de 7 segmentos. A la isquierda aparecen las dos posibles formas de construir el circuito.


Polarizando los diferentes diodos, se iluminarán los segmentos correspondientes. De esta manera podemos señalizar todos los números en base 10. Por ejemplo. si queremos representar el número 1 en el display deberemos mandar señal a los diodos b y c, y los otros diodos deben de tener tensión cero. Esto lo podemos escribir así: 0110000(0). El primer dígito representa al diodo a, el segundo al b, el tercero al c, ... y así sucesivamente.
Un cero representa que no polarizamos el diodo, es decir, no le aplicamos tensión. Un uno representa que el diodo está polarizado, y por lo tanto, emite luz.

Muchas veces aparece un octavo segmento, entre paréntesis en el ejemplo anterior, que funciona como punto decimal.


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!

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