Un diodo puede ser el más simple de todos los componentes electrónicos, sin embargo, realiza muchas funciones críticas, incluido el control del flujo de una corriente eléctrica. Aquí hay una breve descripción del humilde diodo y para qué se usa comúnmente.
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¿Qué es un Diodo?
Un diodo es un dispositivo semiconductor que esencialmente actúa como un interruptor unidireccional de corriente. Permite que la corriente fluya fácilmente en una sola dirección pero restringe que la corriente fluya en dirección opuesta. Esto se logra a través de un campo eléctrico incorporado.
A los diodos también se les conoce como rectificadores porque cambian la corriente alterna (CA) en corriente continua pulsante (CC). Los diodos se clasifican según su tipo, voltaje y capacidad de corriente.
Los diodos semiconductores pueden diseñarse para producir corriente continua (CC) cuando la luz visible, la transmisión infrarroja (IR) o la energía ultravioleta (UV) los golpea. Estos diodos se conocen como células fotovoltaicas y son la base de los sistemas de energía solar y fotosensores. Sin embargo, otra forma de diodo, comúnmente utilizada en equipos electrónicos y de computadora, son los que emiten luz visible o energía infrarroja cuando la corriente los atraviesa. Tal dispositivo es el conocido diodo emisor de luz (LED).
Los diodos tienen polaridad determinada por un ánodo (cable positivo) y un cátodo (cable negativo). La mayoría de los diodos permiten que la corriente fluya solo cuando se aplica voltaje positivo al ánodo. En este gráfico se muestra una variedad de configuraciones de diodos:
Conduciendo una corriente eléctrica en una dirección
A pesar de ser nada más que un simple dispositivo semiconductor de dos pines, los diodos son vitales para la electrónica moderna. Algunas de sus aplicaciones más comunes incluyen convertir CA en CC, aislar señales de una fuente y mezclar señales.
Un diodo tiene dos “lados” y cada lado está dopado de manera diferente. Un lado es el “lado p”, este tiene una carga positiva. El otro lado es el “lado n”, este tiene una carga negativa. Ambos lados están superpuestos para formar lo que se conoce como la “unión n-p”.
Cuando se aplica una carga negativa al lado n y una positiva al lado p, los electrones “saltan” sobre esta unión y la corriente fluye en una sola dirección. Esta es la propiedad principal del diodo; la corriente convencional fluye del lado positivo al lado negativo solo en esa dirección. Al mismo tiempo, los electrones fluyen en una sola dirección desde el lado negativo hacia el lado positivo. Esto se debe a que los electrones están cargados negativamente y son atraídos por el extremo positivo de una batería.
Características del Diodo
Un diodo es simplemente una unión PN, pero sus aplicaciones son amplias en circuitos electrónicos. Son tres las características de un diodo:
Relación corriente-voltaje
La característica más importante del diodo es su relación corriente-voltaje (i-v). Esto define cuál es la corriente que atraviesa un componente, dado el voltaje que se mide a través de él. Los resistores, por ejemplo, tienen una relación i-v lineal simple… Ley de Ohm. Sin embargo, la curva i-v de un diodo es completamente no lineal. Se parece a esto:
Dependiendo del voltaje aplicado a través de él, un diodo funcionará en una de estas tres regiones:
- Polarización directa: cuando el voltaje a través del diodo es positivo, el diodo está “encendido” y la corriente puede pasar. El voltaje debe ser mayor que el voltaje directo (VD) para que la corriente sea significativa.
- Polarización inversa: este es el modo “apagado” del diodo, donde el voltaje es menor que el VD. En este modo, el flujo de corriente está (en su mayoría) bloqueado y el diodo está apagado. Una cantidad muy pequeña de corriente, llamada corriente de saturación inversa, puede fluir en sentido inverso a través del diodo.
- Ruptura: cuando el voltaje aplicado a través del diodo es muy grande y negativo, mucha corriente podrá fluir en la dirección inversa, del cátodo al ánodo.
Tensión Directa
Para “encender” y conducir corriente en la dirección de avance, un diodo requiere que se aplique una cierta cantidad de voltaje positivo a través de él. El voltaje típico requerido para encender el diodo se llama voltaje directo (VD). También podría llamarse voltaje de corte o voltaje de encendido.
Como sabemos por la curva i-v, la corriente y el voltaje a través de un diodo son interdependientes. Más corriente significa más voltaje, menos voltaje significa menos corriente. Sin embargo, una vez que el voltaje alcanza aproximadamente la clasificación de voltaje directo, los grandes aumentos de corriente deberían significar solo un aumento muy pequeño de voltaje. Si un diodo es totalmente conductor, generalmente se puede suponer que el voltaje a través de él es la clasificación de voltaje directo.
El VD de un diodo específico depende del material semiconductor del que esté hecho. Normalmente, un diodo de silicio tendrá un VD de alrededor de 0,6-1V. Un diodo basado en germanio podría ser más bajo, alrededor de 0.3V. El tipo de diodo también tiene cierta importancia para definir la caída de tensión directa; Los diodos emisores de luz pueden tener un VD mucho más grande, mientras que los diodos Schottky están diseñados específicamente para tener un voltaje directo mucho más bajo de lo habitual.
Voltaje de Ruptura o Cortocircuito
Si se aplica un voltaje negativo suficientemente grande al diodo, cederá y permitirá que la corriente fluya en la dirección inversa. Este gran voltaje negativo se llama voltaje de ruptura. En realidad, algunos diodos están diseñados para operar en la región de ruptura, pero para la mayoría de los diodos normales no es muy saludable que estén sujetos a grandes voltajes negativos.
Para los diodos normales, esta ruptura de voltaje es de alrededor de -50V a -100V, o incluso más negativo.
De que Materiales están hechos los Diodos?
La mayoría de los diodos están hechos con materiales semiconductores como silicio, germanio o selenio. Algunos diodos están compuestos por electrodos metálicos en una cámara evacuada o llena de un gas puro a baja presión.
Símbolo del Diodo
Cada diodo tiene dos terminales (conexiones en cada extremo del componente) y esos terminales están polarizados, lo que significa que los dos terminales son claramente diferentes. Es importante no mezclar las conexiones de un diodo. El extremo positivo de un diodo se llama ánodo y el extremo negativo se llama cátodo. La corriente puede fluir desde el extremo del ánodo al cátodo, pero no en la otra dirección. Es importante no olvidar en qué dirección fluye la corriente a través del diodo.
El símbolo del diodo en un circuito es un triángulo que choca contra una línea. Como veremos más adelante, hay una variedad de tipos de diodos, pero generalmente su símbolo de circuito se verá así:
Como funciona un Diodo?
Cuando un diodo permite el flujo de corriente, este tiene polarización directa. Cuando un diodo tiene polarización inversa, actúa como un aislante y no permite que la corriente fluya. Esta es una vista simple, pero es cierta para los diodos que funcionan como rectificadores, interruptores y limitadores. El voltaje de polarización directa es de aproximadamente seis décimas de voltio (0.6 V) para dispositivos de silicio, 0.3 V para dispositivos de germanio y 1 V para dispositivos de selenio.
A pesar de la regla general anterior, si el voltaje del cátodo es positivo en relación con el voltaje del ánodo en una cantidad suficientemente grande, el diodo conducirá corriente. El voltaje requerido para producir este fenómeno, conocido como voltaje de avalancha, varía mucho dependiendo de la naturaleza del material semiconductor a partir del cual se fabrica el dispositivo. El voltaje de avalancha puede variar desde unos pocos voltios hasta varios cientos de voltios.
Extraño pero cierto: la flecha del símbolo de diodo apunta contra la dirección del flujo de electrones. Motivo: Los ingenieros concibieron el símbolo, y sus esquemas muestran que la corriente fluye desde el lado positivo (+) de la fuente de voltaje hacia el negativo (-).
¿Para qué sirve un Diodo?
Los diodos se pueden usar como:
- Rectificadores
- Limitadores de señal
- Reguladores de voltaje
- Interruptores
- Moduladores de señal
- Mezclador de frecuencias
- Demodulador de señal
- Osciladores.