¿Qué es un Diodo Rectificador?: Funcionamiento y Aplicaciones

El diodo rectificador es un dispositivo semiconductor que se utiliza para convertir la corriente alterna en corriente continua. Tiene una conductividad unidireccional evidente y puede fabricarse con materiales semiconductores como el germanio o el silicio.

Se utilizan muchos tipos de diodos para una amplia gama de aplicaciones. Los diodos rectificadores son un componente vital en las fuentes de alimentación, donde se utilizan para convertir la tensión alterna en tensión continua.

Los diodos Zener se utilizan para regular el voltaje, evitando variaciones no deseadas en los suministros de CC dentro de un circuito.

Este artículo le brinda una breve introducción a los diodos rectificadores, su funcionamiento y aplicaciones.

¿Qué es un Diodo Rectificador?

Un diodo rectificador es un semiconductor de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección.

Generalmente, el diodo de unión P-N se forma uniendo materiales semiconductores de tipo n y de tipo p. El lado de tipo P se llama ánodo y el de tipo n, cátodo.

El diodo rectificador es capaz de conducir valores de corriente que varían desde varios miliamperios hasta unos pocos kiloamperios y voltajes hasta unos pocos kilovoltios.

¿Para qué Sirve un Diodo Rectificador?

Se utilizan en las fuentes de alimentación para convertir la corriente alterna en corriente continua, un proceso llamado rectificación. También se utilizan en otros circuitos en los que debe pasar una gran corriente a través del diodo.

Tipos de Diodos Rectificadores

Los diodos rectificadores más típicos están hechos de silicio (cristal semiconductor). Son capaces de conducir altos valores de corriente eléctrica, y eso se puede clasificar como su característica básica.

También hay diodos semiconductores menos populares, pero que aún se usan, hechos de germanio o arseniuro de galio. Los diodos de germanio tienen un voltaje inverso permisible mucho más bajo y una temperatura de unión permisible más pequeña (T_u = 75° C para diodos de germanio y T_u = 150° C para un diodo de silicio).

La única ventaja que tiene el diodo de germanio sobre el diodo de silicio es un valor de voltaje de umbral más bajo durante el funcionamiento con polarización directa (V = 0.3 ÷ 0.5 V para germanio y 0.7 ÷ 1.4 V para diodos de silicio).

La mayoría de los diodos de rectificación están hechos de silicio y, por lo tanto, tienen una caída de tensión directa de 0.7V. La tabla muestra la corriente máxima y la tensión inversa máxima de algunos diodos rectificadores populares. El 1N4001 es adecuado para la mayoría de los circuitos de baja tensión con una corriente inferior a 1A.

Rectificadores: Un Diodo con un Manejo de Corriente Superior

Un rectificador es un tipo especial de diodo que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Este es un proceso importante, ya que la corriente alterna puede invertir la dirección periódicamente, mientras que la corriente continua fluye constantemente en una sola dirección, lo que facilita su control.

Existen varios tipos de rectificadores, entre ellos:

• Rectificadores de media onda: rectificadores que sólo permiten el paso de la mitad de la señal de CA de la entrada a la salida.
• Rectificadores de onda completa: rectificadores que utilizan toda la señal, lo que requiere el uso adicional de un transformador.
• Rectificación de medio ciclo positivo: aquellos en los que un diodo superior con polaridad positiva conduce la corriente mientras que uno inferior con polaridad negativa la bloquea.
• Rectificación de medio ciclo negativo: aquellos en los que el diodo superior está bloqueado y el inferior está abierto.

Los electrodomésticos generalmente contienen un diodo diseñado para la rectificación monofásica, lo que significa que el voltaje de suministro cambia al unísono. Los motores y las redes eléctricas a escala industrial, por otro lado, requieren una rectificación multifásica, lo que permite la generación, transmisión y distribución de energía al mismo tiempo.

Símbolo de un Diodo Rectificador

La simbología del diodo rectificador se muestra a continuación, la punta de la flecha apunta en la dirección del flujo de corriente convencional.

Curva Característica del Diodo Rectificador

A continuación se muestra la curva característica del diodo rectificador:

Funcionamiento del Diodo Rectificador

Los materiales de tipo n y de tipo p se combinan químicamente con una técnica de fabricación especial que da lugar a la formación de una unión p-n. Esta unión P-N tiene dos terminales que pueden denominarse electrodos y, por este motivo, se denomina «DIODO» (Di-odo).

Si se aplica una tensión de alimentación de CC externa a cualquier dispositivo electrónico a través de sus terminales, se denomina Polarización.

Diodo rectificador no polarizado

• Cuando no se suministra tensión a un diodo rectificador, se denomina diodo no polarizado, el lado N tendrá un número mayoritario de electrones y muy pocos números de agujeros (debido a la excitación térmica), mientras que el lado P tendrá una mayoría de agujeros portadores de carga y muy pocos números de electrones.
• En este proceso, los electrones libres del lado N se difundirán (propagarán) hacia el lado P y la recombinación tiene lugar en los agujeros presentes allí, dejando iones +ve inmóviles (no movibles) en el lado N y creando iones -ve inmóviles en el lado P del diodo.
• Los inmóviles en el lado de tipo n cerca del borde de unión. Del mismo modo, los iones inmóviles en el lado de tipo p cerca del borde de la unión. Debido a esto, el número de iones positivos y negativos se acumulará en la unión. Esta región así formada se denomina Región de Agotamiento.
• En esta región, se crea un campo eléctrico estático llamado Potencial de Barrera a través de la unión PN del diodo.
• Se opone a la posterior migración de agujeros y electrones a través de la unión.

Polarización Directa

• Polarización directa: En un diodo de unión PN, el terminal positivo de una fuente de tensión está conectado al lado de tipo p, y el terminal negativo está conectado al lado de tipo n, se dice que el diodo está en condición de polarización directa.
• Los electrones son repelidos por el terminal negativo de la alimentación de corriente continua y derivan hacia el terminal positivo.
• Entonces, bajo la influencia de la tensión aplicada, esta derivación de electrones hace que fluya la corriente en un semiconductor. Esta corriente se denomina «corriente de deriva». Como los portadores mayoritarios son los electrones, la corriente en el tipo n es la corriente de electrones.
• Como los agujeros son portadores mayoritarios en el tipo p, éstos son repelidos por el terminal positivo de la alimentación de corriente continua y se mueven a través de la unión hacia el terminal negativo. Por lo tanto, la corriente en el tipo p es la corriente de agujeros.
• Entonces, la corriente global debida a los portadores mayoritarios crea una corriente directa.
• La dirección de la corriente convencional fluye de positivo a negativo de la batería en la dirección de la corriente convencional es opuesta al flujo de electrones.

Polarización Inversa

• Condición de polarización inversa: si el terminal positivo de la fuente de voltaje está conectado al extremo de tipo n, y el terminal negativo de la fuente está conectado al extremo de tipo p del diodo, no habrá corriente a través del diodo, excepto la corriente de saturación inversa.
• Esto se debe a que en la condición de polarización inversa la Región de Agotamiento de la unión se hace más amplia con el aumento de la tensión de polarización inversa.
• Aunque hay una pequeña corriente que fluye desde el extremo de tipo n al de tipo p en el diodo debido a los portadores minoritarios. Esta corriente se denomina Corriente de Saturación Inversa.
• Los portadores minoritarios son principalmente electrones/agujeros generados térmicamente en el semiconductor tipo p y en el semiconductor tipo n, respectivamente.
• Ahora bien, si la tensión inversa aplicada a través del diodo se incrementa continuamente, entonces, después de cierta tensión, la región de agotamiento se destruirá, lo que hará que fluya una enorme corriente inversa a través del diodo.
• Si esta corriente no está limitada externamente y llega más allá del valor de seguridad, el diodo puede destruirse definitivamente.
• Estos electrones, que se mueven rápidamente, chocan con los demás átomos del dispositivo y les quitan algunos electrones más. Los electrones, así liberados, liberan mucho más electrones de los átomos al romper los enlaces covalentes.
• Este proceso se denomina multiplicación de portadores y conduce a un aumento considerable del flujo de corriente a través de la unión p-n. El fenómeno asociado se denomina Efecto Avalancha.

Rectificador de Media Onda

Uno de los usos más comunes del diodo es rectificar la tensión de CA en una fuente de alimentación de CC. Dado que un diodo sólo puede conducir la corriente en un sentido, cuando la señal de entrada sea negativa, no habrá corriente. Esto se denomina rectificador de media onda. La siguiente figura muestra el circuito del diodo rectificador de media onda.

Rectificador de Onda Completa

• Un circuito de diodos rectificadores de onda completa se construye con cuatro diodos, mediante esta estructura podemos hacer que ambas mitades de las ondas sean positivas. Tanto para los ciclos positivos como para los negativos de la entrada, hay una ruta directa a través del puente de diodos.
• Mientras que dos de los diodos están en polarización directa, los otros dos están en polarización inversa y se eliminan efectivamente del circuito. Ambos caminos de conducción hacen que la corriente fluya en la misma dirección a través de la resistencia de carga, logrando la rectificación de onda completa.
• Los rectificadores de onda completa se utilizan en las fuentes de alimentación para convertir las tensiones de CA en tensiones de CC. Un gran condensador en paralelo con un resistor de carga de salida reduce el ondulado del proceso de rectificación. La siguiente figura muestra el circuito del diodo rectificador de onda completa.

¿Cómo Probar un Diodo Rectificador?

El diodo rectificador puede probarse mediante los siguientes métodos.
El multímetro simple se utiliza principalmente para decidir la polaridad del diodo rectificador como ánodo o cátodo. Hay un mínimo de tres métodos para hacer esto, pero aquí los dos métodos sencillos para hacerlo son: el uso del ohmímetro y la función de medición VDC.

Uso del ohmímetro

En polarización directa, el ohmímetro especificará el valor estimado de la tensión directa del diodo, que es casi 0,7. En polarización inversa, el ohmímetro especificará «1», lo que significa que es una resistencia extremadamente alta.
La función de comprobación del diodo proporcionará un resultado igual que el método utilizado anteriormente.

Función de medición VDC

• En polarización directa, un multímetro indicará que la caída de tensión del diodo de silicio es de 0,7V
• En polarización inversa, un multímetro especifica el valor estimado de la alimentación de tensión completa.

Los diodos rectificadores se utilizan principalmente para la rectificación, es decir, para convertir la CA en CC. Se utilizan en circuitos en los que debe circular una gran corriente a través del diodo.

Características del Diodo rectificador

Técnicamente, un diodo rectificador es cualquier diodo utilizado en un circuito rectificador. De hecho, la mayoría de los diodos utilizados en aplicaciones de rectificación de potencia no son más que diodos de conmutación comunes.

Sin embargo, hay diodos hechos especialmente para su uso en rectificadores que deben convertir grandes cantidades de energía. Estos diodos rectificadores, también llamados diodos de potencia, son esencialmente diodos de conmutación simples, sin embargo, tienen una construcción mucho más robusta y resistente que los diodos estándar para manejar cargas de trabajo mucho más pesadas.

Aplicaciones

Como parte integral de un chip de silicio, los diodos se encuentran en una amplia gama de dispositivos electrónicos.

En un horno de microondas, por ejemplo, un diodo funciona junto con un capacitor para duplicar el voltaje transmitido al magnetrón de la cavidad (que genera las microondas).

Los diodos también se utilizan en los teclados como parte de los circuitos de matriz, lo que reduce la cantidad de cableado necesario.

Los investigadores incluso han desarrollado diodos a escala nanométrica a partir de una sola molécula de ADN, lo que puede dar lugar a dispositivos electrónicos aún más pequeños y potentes en un futuro próximo.

Los diodos de rectificación tienen muchas más aplicaciones. Otras aplicaciones típicas de los diodos rectificadores son:

• Aislamiento de señales de un suministro
• Referencia de voltaje
• Controlar el tamaño de una señal
• Mezcla de señales
• Señales de detección
• Sistemas de iluminación
• Diodos láser

Conclusión

Así, un diodo rectificador permite el flujo de corriente eléctrica en una sola dirección, utilizada para el funcionamiento de la fuente de alimentación. Estos diodos pueden manejar el máximo flujo de corriente en comparación con los diodos normales.

Estos diodos se utilizan normalmente para alterar la corriente alterna (CA) a la corriente continua (CC). El diseño de los mismos puede realizarse como componentes discretos o como circuitos integrados. Están diseñados a partir de Si y se distinguen por una superficie de unión PN bastante grande, por lo que resulta en una alta capacitancia en condiciones de polaridad inversa.

Los dos diodos rectificadores se conectan a suministros de alta tensión en serie para mejorar la capacidad de PIV (pico de tensión inversa) para la combinación.

¿Conoces algún otro diodo que se utilice habitualmente en proyectos de electricidad y electrónica en tiempo real? Entonces, por favor, danos tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí hay una pregunta para ti, ¿Cómo se forma la región de agotamiento en un Diodo?