Es un dispositivo semiconductor que cuenta con dos terminales, un ánodo (+) y un cátodo (-) y solo permiten el flujo de la electricidad en un solo sentido. Debido a esto, el diodo presenta las mismas características que un interruptor. Su funcionamiento se le debe al popular inventor estadounidense Lee De Forest, de quien John Fleming tomó algunos principios para la creación. Los primeros diodos que aparecieron eran válvulas o tubos vacíos llamados válvulas termoiónicas y que se encontraban construidos por medio de dos electrodos rodeados de vació en un tubo de cristal, muy similares a las lámparas incandescentes.
El diodo ideal es un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un sentido determinado, y resistencia infinita en el sentido opuesto. En el siguiente ejemplo podemos notar que al tener el diodo polarizado directamente éste actúa como un interruptor cerrado, de modo contrario, al tener el diodo polarizado de manera inversa éste actúa como un interruptor abierto, lo que ocasiona que no se complete el circuito.
Composición de un diodo
Para poder hablar de la composición de un diodo, primero debemos de conocer la diferencia entre un material tipo “P” y “N”.
Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo átomos al semiconductor para aumentar el número de portadores de cargas (en este caso cargas positivas o huecos).
Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo átomos al semiconductor para aumentar el número de portadores de cargas (en este caso cargas negativas o electrones).
El diodo semiconductor está constituido fundamentalmente por una unión P-N, añadiéndole un terminal de conexión a cada uno de los contactos metálicos de sus extremos y una cápsula que aloja todo el conjunto, dejando al exterior las terminales que corresponden al ánodo (zona P) y al cátodo (Zona N).
Polarización de un diodo
Existen dos tipos de polarización para un diodo, Directa e Inversa.
Polarización Directa de un Diodo:
El ánodo se conecta al terminal positivo de la batería y el cátodo al terminal negativo. Una de las características de la polarización directa es que el diodo conduce con una caída de tensión de 0.6 a 0.7 V. El voltaje aplicado supera el potencial de contacto y reduce la región de agotamiento. El ánodo, en efecto, se convierte en fuente de huecos y el cátodo se convierte una fuente de electrones, de modo que los huecos y los electrones se generan continuamente en la unión. La corriente aumenta exponencialmente conforme el voltaje aplicado tiende al valor del potencial de contacto (0.6 a 0.7 V para el silicio). Este efecto se describe cuantitativamente con la ecuación del diodo:
ID = Io[e^( qVDkT) – 1]
donde ID es la corriente a través de la unión, I0 es la corriente de saturación inversa, q es la carga de un electrón (1.60 x 10-19 C), k es la constante de Boltzman (1.381 x10-23 J/K), VD es el voltaje de polarización directa a través de la unión y T es la temperatura absoluta de la unión en grados Kelvin.
Polarización Inversa de un Diodo:
El ánodo se conecta al terminal negativo de la batería y el cátodo al terminal positivo. Una de las características de la polarización inversa es que, el valor de la resistencia interna del diodo es muy elevado y en consecuencia actúa como un interruptor abierto. El ánodo se conecta al silicio tipo n y el cátodo al silicio tipo p, la región de agotamiento aumenta, lo que inhibe la difusión de electrones y por tanto la corriente. Aunque fluye una corriente de saturación inversa (I0), ésta es extremadamente pequeña (del orden de 10-9 a 10-15A).
Características técnicas
Como todos los componentes electrónicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de los demás semiconductores. Es necesario conocer estas las hojas de datos y las necesidades de diseño así lo requieren. En estos apuntes se presentarán las características más importantes desde el punto de vista práctico.
VALORES NOMINALES DE TENSIÓN:
- VF = Tensión directa en los extremos del diodo en conducción.
- VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa.
- VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva.
- VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva.
- VRWM = Tensión inversa de cresta de funcionamiento.
VALORES NOMINALES DE CORRIENTE:
- IF = Corriente directa.
- IR = Corriente inversa.
- IFAV = Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo.
- IFRMS = Corriente eficaz en estado de conducción. Es la máxima corriente eficaz que el diodo es capaz de soportar.
- IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva.
- AV= Average(promedio) RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática)
VALORES NOMINALES DE TEMPERATURA
- Tstg = Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de almacenamiento.
- Tj = Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los semiconductores.
Curva característica del diodo
La curva característica corriente-voltaje para el diodo ideal se muestra en la Imagen en color rojo. Este modelo implica que el diodo está completamente activado para cualquier voltaje mayor o igual a 0. Además, se supone que la corriente de saturación inversa es 0 cuando tiene polarización inversa. Una buena aproximación inicial para el diodo real se da por la línea de color azul, ya que replican la caída de voltaje real de 0.6 a 0.7 V, medida a través del diodo de silicio cuando tiene polarización directa.
““Un diodo ideal tiene resistencia cero cuando está polarizado directamente y resistencia infinita cuando está polarizado de manera inversa””
Un diodo real requiere aproximadamente 0.7V de polarización directa para permitir un flujo significativo de corriente. Cuando un diodo real se polariza inversamente, puede aguantar un voltaje inverso hasta un límite conocido como voltaje de ruptura, donde el diodo fallará conforme la corriente inversa aumenta precipitadamente.
TIPOS DE DIODO
Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos y algunos con características eléctricas específicas para alguna aplicación especial.
DIODO DETECTOR
Los diodos detectores también conocidos como diodo de baja señal o de contacto puntual, están diseñado especialmente para operar en dispositivos de muy altas frecuencias y baja corriente. La capacidad de carga normalmente se encuentra con una corriente máxima de 150mA y una potencia de 500mW (Verificar hoja de datos dependiendo del dispositivo).
Podemos encontrar diodo detectores de silicio o de germanio, recordando que en el silicio su umbral es entre 0.6 a 0.7 voltios y en el germanio de 0.2 a 0.3 voltios. Dependiendo del dopado del diodo se tendrá una variación en la resistencia y también es más común tener una mayor caída de tensión en el de diodo de silicio.
DIODO RECTIFICADOR
Los diodos rectificadores son aquellos dispositivos semiconductores que solo conducen en polarización directa y en polarización inversa no conducen. Esto permite la transformación de los voltajes de corriente alterna (CA) a corriente directa (CD) y con esto tenemos la rectificación de una señal. Existen diferentes diodos rectificadores en los cuales se puede verificar en la hoja de datos valores importantes como la corriente y el voltaje inverso que soporta.
DIODO ZENER
Los diodos Zener se caracterizan por permitir el flujo de la corriente inversamente y por su capacidad de mantener un voltaje constante en sus terminales al polarizar inversamente, normalmente son utilizados como dispositivos de control. Los diodos Zener se pueden polarizar directamente y comportarse como un diodo norma en donde su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.
El diodo Zener se puede representar de dos formas.
DIODO EMISOR DE LUZ (LED)
EL diodo LED convierte la energía eléctrica en energía lumínica. Su proceso de fabricación consiste en un proceso de electroluminiscencia en el que los huecos y los electrones se recombinan para producir energía en forma de luz cuando el diodo LED es polarizado directamente.
El diodo LED se puede representar de dos formas.
DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE
El diodo de corriente constante o también conocido como diodo de regulación de corriente o diodo limitador de corriente consiste, realmente es un JFET. Este tipo de diodos permite una corriente a través de ellos para alcanzar un valor adecuado y así estabilizarse en un valor específico.
DIODO SCHOTTKY
Los diodos Schottky también conocidos como diodos de recuperación rápida o de portadores calientes, tienen una composición de silicio y se caracterizan por una caída de voltaje muy pequeña (aproximadamente 0.25V o menos) y por tener una respuesta muy rápida. En pocas palabras el tiempo de conmutación es muy corto.
DIODO SCHOCKLEY
El diodo Shcockley también conocido como diodo PNPN, se caracteriza por tener dos estados estables:
- Bloqueo o alta impedancia
- Conducción o baja impedancia
DIODO DE RECUPERACIÓN DEL PASO (SRD)
El diodo de recuperación del paso o también conocido como diodo de almacenaje de carga, tiene la característica de almacenar la carga del pulso positivo y utilizan el pulso negativo de las señales sinusoidales.
DIODO DE TÚNEL
Los diodos túnel también conocidos como diodo Esaki, son utilizados como interruptor de alta velocidad (de orden nano segundos), esto se debe 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.
El diodo túnel se puede representar de dos formas.
DIODO VARACTOR
El diodo varactor también conocido como diodo varicap o diodo de sintonía, actúa como un condensador variable controlados por voltaje y su forma de operar es inversamente. Estos diodos tienen su fama debido a su capacidad de cambiar los rangos de capacitancia dentro del circuito en presencia de un voltaje constante.
DIODO LÁSER
El diodo láser son LEDs que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, la cual tiene las características de estar fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente.
DIODO DE SUPRESIÓN DE TENSIÓN TRANSITORIA (TVS)
Un diodo de supresión de tensión transitoria o TVS, es un dispositivo eléctrico diseñado para derivar o desviar los picos de tensión lejos de un circuito para protegerlo, también son útiles para proteger los circuitos de las descargas electrostáticas (ESD).
DIODO DOPADOS DE ORO
Como el nombre lo dice estos diodos son dopados con oro, teniendo la ventaja que al dopar con el elemento químico oro y al ser un gran conductor el oro, permiten que los diodos dopados de oro tengan una respuesta mucho más rápida.
DIODO PELTIER
Consiste la unión de dos materiales de un semiconductor, genera un calor que fluye de una terminal a otra, teniendo en cuenta que el flujo del calor se realizar en una sola dirección que es igual a la dirección del flujo de corriente. Este calor se produce debido a la carga eléctrica producida por la recombinación de portadores de carga minoritaria.
DIODO DE CRISTAL
El diodo de cristal o también conocido como bigotes de gato es un diodo de contacto, consiste de un cable de metal afilad presionado contra un cristal semiconductor. El cristal semiconductor actúa como cátodo y el alambre metálico actúa como ando (Están obsoletos).
DIODO DE AVALANCHA
Los diodos de avalancha conducen en dirección contraria cuando el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. Eléctricamente son similares a los diodos Zener, pero funcionan bajo otro fenómeno, el efecto avalancha.
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO
Consta de tres terminales: ánodo, cátodo y una puerta. Es similar al diodo Shockley, es utilizado para fines de control cuando se aplican pequeños voltajes en el circuito.
DIODO DE VACÍO
El diodo de vacío fue el primer avance hacia las válvulas eléctricas, se trata de un tubo de vidrio al vacío, conteniendo dos electrodos.
NOTA: Se trata de una forma primitiva de componente electrónico semiconductor, ya que la corriente generada a través del vacío es de un solo sentido (Pueden pasar electrones desde el cátodo que sería el filamento caliente hacia el ánodo, pero nunca al revés)
DIODO PIN
Su nombre deriva de su formación P – Material P, I – Zona intrínseca y N – Material N. Los diodos PIN se emplean normalmente como resistencias variables por voltaje.
DIODO GUNN
Cuando aumenta la tensión en el circuito también aumenta la corriente, después de cierto nivel de voltaje la corriente disminuirá exponencialmente.
FOTODIODO
Cuando un haz de luz de suficiente energía incide en el diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga positiva. En otras palabras, el fotodiodo es un dispositivo sensible a la luz visible e incluso a la infrarroja, por lo tanto es un diodo con sensibilidad a la luz.
DIODO OLED
Es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos.
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