El diodo

CONCEPTO DE DIODO

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductorconectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna encorriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS

La forma de funcionamiento de un diodo común de silicio se puede apreciar observando la curva característica que se crea cuando se polariza, bien de forma directa, o bien de forma inversa. En ambos casos la curva gráfica (representada en color verde en el siguiente gráfico) muestra la relación existente entre la corriente y la tensión o voltaje que se aplicada a los terminales del diodo

Tipos de diodos

TIPOS DE DIODOS. DIODO DETECTOR O DE BAJA SEÑAL       Los diodos detectores también denominados diodos de señal o de contacto puntual, están hechos de germanio y se caracterizan por poseer una unión PN muy diminuta. Esto le permite operar a muy altas frecuencias y con señales pequeñas. Se emplea por ejemplo, en receptores de radio para separar la componente de alta frecuencia (portadora) de la componente de baja frecuencia (información audible). Esta operación se denomina detección.   DIODO RECTIFICADOR Los diodos rectificadores son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen en polarización directa (arriba de 0.7 V) y en polarización inversa no conducen. Estas características son las que permite a este tipo de diodo rectificar una señal. Los hay de varias capacidades en cuanto al manejo de corriente y el voltaje en inverso que pueden soportar. Los diodos, en general se identifican mediante una referencia. En el sistema americano, la referencia consta del prefijo “1N” seguido del número de serie, por ejemplo: 1N4004. La “N” significa que se trata de un semiconductor, el “1” indica el número de uniones PN y el “4004” las características o especificaciones exactas del dispositivo. En el sistema europeo o continental se emplea el prefijo de dos letras, por ejemplo: BY254. En este caso, la “B” indica el material (silicio) y la “Y” el tipo (rectificador). Sin embargo muchos fabricantes emplean sus propias referencias, por ejemplo: ECG581. DIODO ZÉNER Un diodo zener es un semiconductor que se distingue por su capacidad de mantener un voltaje constante en sus terminales cuando se encuentran polarizados inversamente, y por ello se emplean como elementos de control, se les encuentra con capacidad de ½ watt hasta 50 watt y para tensiones de 2.4 voltios hasta 200 voltios. El diodo zener polarizado directamente se comporta como un diodo normal, su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V. Los diodos zener se identifican por una referencia, como por ejemplo: 1N3828 ó BZX85, y se especifican principalmente por su voltaje zener nominal (VZ) y la potencia máxima que pueden absorber en forma segura sin destruirse (PZ) DIODO VARACTOR El diodo varactor también conocido como diodo varicap o diodo de sintonía. Es un dispositivo semiconductor que trabaja polarizado inversamente y actúan como condensadores variables controlados por voltaje. Esta característica los hace muy útiles como elementos de sintonía en receptores de radio y televisión. Son también muy empleados en osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de FM y otros circuitos de alta frecuencia. Una variante de los mismos son los diodos SNAP, empleados en aplicaciones de UHF y microondas. DIODO EMISOR DE LUZ (LED’s) Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Cuando esto sucede, ocurre una recombinación de huecos y electrones cerca de la unión NP; si este se ha polarizado directamente la luz que emiten puede ser roja, ámbar, amarilla, verde o azul dependiendo de su composición. Los LED’s se especifican por el color o longitud de onda de la luz emitida, la caída de voltaje directa (VF), el máximo voltaje inverso (VR), la máxima corriente directa (IF) y la intensidad luminosa. Típicamente VF es del orden de 4 V a 5 V. Se consiguen LED’s con valores de IF desde menos de 20 mA hasta más de 100 mA e intensidades desde menos de 0.5 mcd (milicandelas) hasta más de 4000 mcd. Entre mayor sea la corriente aplicada, mayor es el brillo, y viceversa. El valor de VF depende del color, siendo mínimo para LED’s rojos y máximo para LED’s azules. Los LED’s deben ser protegidos mediante una resistencia en serie, para limitar la corriente a través de este a un valor seguro, inferior a la IF máxima. También deben protegerse contra voltajes inversos excesivos. Un voltaje inverso superior a 5V causa generalmente su destrucción inmediata del LED. DIODO LÁSER Los diodos láser, también conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos (CD’s) que contienen datos, música, películas, etc., así como en sistemas de comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica. También se emplean en marcadores luminosos, lectores de códigos de barras y otras muchas aplicaciones. DIODO ESTABILIZADOR Está formados por varios diodos en serie, cada uno de ellos produce una caída de tensión correspondiente a su tensión umbral. Trabajan en polarización directa y estabilizan tensiones de bajo valores similares a lo que hacen los diodos Zéner. DIODO TÚNEL Los diodos túnel, también conocidos como diodos Esaki. Se caracterizan por poseer una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Esta última propiedad los hace muy útiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores, interruptores, etc., en aplicaciones de alta frecuencia. DIODO PIN Su nombre deriva de su formación P(material P), I(zona intrínseca)y N(material N)  Los diodos PIN se emplean principalmente como resistencias variables por voltaje y los diodos Gunn e IMPATT como osciladores. También se disponen de diodos TRAPATT, BARITT, ILSA, etc. Son dispositivos desarrollados para trabajar a frecuencias muy elevadas, donde la capacidad de respuesta de los diodos comunes está limitada por su tiempo de tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión PN. Los más conocidos son los diodos Gunn, PIN e IMPATT. DIODO BACKWARD Son diodos de germanio que presentan en polarización inversa una zona de resistencia negativa similar a las de los diodos túnel. DIODO SCHOTTKY Los diodos Schottky también llamados diodos de recuperación rápida o de portadores calientes, están hechos de silicio y se caracterizan por poseer una caída de voltaje directa muy pequeña, del orden de 0.25 V o menos, y ser muy rápidos. Se emplean en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencia. Una variante son los diodos back o de retroceso, los cuales tienen un voltaje de conducción prácticamente igual a cero, pero también un voltaje inverso de ruptura muy bajo, lo cual lo limita su uso a aplicaciones muy especiales. FOTO DIODOS Los fotodiodos son diodos provistos de una ventana transparente cuya corriente inversa puede ser controlada en un amplio rango regulando la cantidad de luz que pasa por la ventana e incide sobre la unión PN. A mayor cantidad de luz incidente, mayor es la corriente inversa producida por que se genera un mayor número de portadores minoritarios, y viceversa. Son muy utilizados como sensores de luz en fotografía, sistemas de iluminación, contadores de objetos, sistemas de seguridad, receptores de comunicaciones ópticas y otras aplicaciones. APLICACIONES DE LOS DIODOS SEMICONDUCTORES COMUNES Desde el inicio del empleo de las antiguas válvulas termoiónicas de tipo diodo en los circuitos electrónicos analógicos hasta los diodos de estado sólido utilizados en la actualidad, su principal función ha sido “rectificar” corrientes alternas para convertirlas en directa (C.D.) y “detectar” corrientes de alta frecuencia (A.F.) o radiofrecuencia (R.F.) para reconvertirlas en audibles. Esquema de un diodo en función de rectificador de media onda Ilustración del circuito eléctrico correspondiente a un diodo rectificador de media onda. El.suministro de corriente alterna (C.A.) que el diodo recibe en forma de onda sinusoidal por su.parte izquierda, pierde sus semiciclos negativos una vez que la corriente lo atraviesa. De esa.forma se obtiene una corriente directa tipo “pulsante”, tal como se puede apreciar a la derecha.de la propia figura. Esquema de cuatro diodos en función de rectificador de onda completa Rectificador o “puente rectificador” de onda completa formado por cuatro  diodos  conectados.de forma apropiada. La onda sinusoidal de corriente alterna (C.A.) suministrada al circuito de.este diodo por la parte izquierda en la ilustración, sale rectificada como corriente directa (C.D.) por la parte derecha. Esquema de un diodo en función de detector o de modulador de ondas de radiofrecuencia 1.- Onda sonora de baja frecuencia (A.F.) o audiofrecuencia. 2.- Onda  de  radio  de  alta frecuencia (A.F.) o radiofrecuencia (R.F.). 3.- Unión de la onda de  alta..frecuencia con la de baja frecuencia moduladas en amplitud. Esa es la onda.portadora. de los sonidos que emiten las estaciones de radio cuando transmiten en.A.M. (amplitud. modulada). Dicha onda, que viaja por el éter como "onda herziana".después que abandona la antena transmisora, contiene los sonidos que capta el.micrófono en el estudio de radio, así como la música y los efectos sonoros. Sin.embargo, dichos sonidos no serán de nuevo audibles hasta tanto un radiorreceptor.capte esa onda y un detector diodo que forma parte de su circuito electrónico la.demodule  separando  las  frecuencias  audibles  de l a   onda  portadora  de  alta.frecuencia. 4.-.Diodo del tipo “punta de. contacto” en función de detector o.demodulador. 5.- Onda de baja frecuencia (B.F.) o audiofrecuencia después de haber.sido separada de la onda portadora de radiofrecuencia (demodulada). A continuación.esta señal se. amplifica para que se pueda escuchar a mayor volumen en el.altoparlante del. radiorreceptor. POLARIZACIÓN DEL DIODO Diodo polarizado directamente Los diodos semiconductores, al igual que ocurría con las antiguas válvulas termoiónicas, actúan de forma similar al funcionamiento de una válvula hidráulica del tipo antirretorno. Válvula antirretorno. La flecha estampada en su cuerpo metálico.indica el único sentido en que puede circular el fluido cuando se.conecta a un circuito hidráulico. Arriba la flecha azul identificada.como “A” señala el sentido de circulación permitido. Abajo la.flecha  roja  identificada  como  “B”  muestra  que  si  el  fluido.  hidráulico una vez que ha pasado a la parte izquierda de la válvula.intenta ir hacia atrás por el mismo camino, no podrá hacerlo porque.en ese sentido contrario al normal se encontrará bloqueada la.entrada de la válvula. Cuando se instala una válvula antirretorno en un circuito hidráulico, el fluido sólo puede circular en un sentido, porque se bloquea en sentido inverso, ya que en ese caso su mecanismo interno se cierra automáticamente. De forma similar, para que la corriente eléctrica pueda fluir a través de un diodo, es necesario polarizarlo “directamente”. Para ello el polo negativo (–) de la batería o fuente de fuerza electromotriz se conecta al cátodo “K” o parte negativa (N) del diodo, mientras que el polo positivo (+) de la propia batería se conecta al ánodo “A” o parte positiva (P) del propio diodo. En la parte superior de esta figura se representa el esquema de un.diodo energizado en “polarización directa”. Como se puede.observar, el polo negativo (–) de la batería se encuentra conectado.al cátodo “K” y el polo positivo (+) al ánodo “A” del diodo. Esta.conexión permite que la corriente de electrones que suministra la.batería  o  fuente  de  fuerza  electromotriz  pueda  circular  en  el.sentido que indican las flechas. En la parte de abajo  de  la  figura,.se  muestra  un  símil  hidráulico,  que  emplea  una  “válvula.antirretorno” con el paso abierto para que el fluido hidráulico pueda.así circular. Se puede observar que el fluido (representado por las.flechas de color rojo) atraviesa la válvula circulando  en  el  sentido.en el que la bola que sirve de compuerta a la válvula se abre. Así,.una vez que la presión del propio fluido hidráulico vence la fuerza.que ejerce el muelle sobre la bola, ésta cede y el líquido puede fluir.libremente. De forma similar en el circuito eléctrico de un diodo.polarizado de  forma  directa,  la  corriente  también  puede  fluir  a.través de mismo en un solo sentido. Cuando polarizamos un diodo de forma directa, el polo positivo de la batería rechaza los huecos o agujeros contenidos en la región "P" (ánodo del diodo), y los obliga a dirigirse al empalme "p-n". En esas condiciones, la “zona de deplexión” se reduce por completo, por lo que los electrones en exceso en el material negativo o cátodo adquieren la suficiente energía como para poder atravesar la barrera de potencial existente en el empalme "p-n". De esa forma los electrones penetran en la región "P" de la parte positiva del diodo para combinarse ahí con los huecos o agujeros. Al mismo tiempo la atracción que ejerce el polo positivo de la batería sobre los electrones (negativos) provoca que estos salten o se desplacen de hueco en hueco a través de esa mitad del diodo y recorran toda la región semiconductora "P". Así, los electrones que cede la batería o fuente de energía eléctrica a partir de su polo negativo (–), retornan a su polo positivo (+) después de atravesar el diodo. De esa manera se restablece el equilibrio electrónico interno de la propia batería, el cual se ve continuamente alterado durante todo el tiempo que se encuentre conectada al circuito cediendo electrones a la región “N” del diodo. Rectificador de media onda El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de lleno conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo Rectificador de onda completa Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsaste. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz).