Diodo Rectificador

El diodo rectificador es un componente fundamental en el vasto campo de la electrónica, ya que permite la conversión de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC). Esta conversión alimenta todo tipo de dispositivos, desde electrodomésticos hasta computadoras, garantizando su fiabilidad y eficiencia.

Los diodos rectificadores utilizan propiedades semiconductoras para permitir que la corriente fluya en una sola dirección, filtrando eficazmente las inversiones típicas de la entrada de CA. Este control direccional del flujo eléctrico es fundamental para la electrónica moderna, permitiendo que las tecnologías funcionen con la entrada eléctrica precisa que requieren.

Los avances en la tecnología de semiconductores han perfeccionado continuamente el diodo rectificador, lo que ha mejorado la eficiencia, aumenta la capacidad de gestión de corriente y minimiza las caídas de tensión directa. Estos avances han impulsado la miniaturización y diversificación de los rectificadores, convirtiéndolo en un componente vital en fuentes de alimentación, motores de CC y una amplia gama de dispositivos electrónicos. ¡Comencemos con los fundamentos del diodo rectificador!

¿Qué son los diodos y los rectificadores?

La electrónica se basa en dos componentes clave: diodos y rectificadores. Los diodos, que actúan como pequeñas vías unidireccionales para la electricidad, permiten que la corriente fluya en una sola dirección. Esta propiedad fundamental impulsa una amplia gama de aplicaciones. Los rectificadores, a menudo construidos con diodos, van un paso más allá al convertir la corriente alterna (CA), que cambia constantemente de dirección, en corriente continua (CC), la que utilizan la mayoría de los dispositivos electrónicos. Estos componentes son fundamentales para todo, desde alimentar nuestros teléfonos hasta permitir una conversión energética eficiente. ¡Profundicemos en ellos!

Diodos

Los diodos son dispositivos semiconductores que funcionan principalmente como interruptores unidireccionales para la corriente eléctrica. Permiten el flujo de corriente en una dirección y la bloquean en la opuesta. Esta propiedad direccional, conocida como rectificación, es crucial para la conversión de corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), entre otras aplicaciones.

Un diodo suele estar hecho de un material semiconductor, comúnmente silicio, dopado con impurezas para crear una unión PN. Esta unión consta de un material de tipo P, con exceso de cargas positivas (huecos), y un material de tipo N, con exceso de cargas negativas (electrones).

Cuando se aplica voltaje a un diodo en una dirección alineada con la unión PN (polarización directa), se reduce la barrera en la unión, permitiendo el flujo de corriente. Cuando se aplica voltaje en la dirección opuesta (polarización inversa), se aumenta la barrera, impidiendo eficazmente el flujo de corriente, salvo por una corriente de fuga muy pequeña.

Los diodos tienen una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la conversión de potencia, la demodulación de señales, la regulación de voltaje y los circuitos de protección. Son componentes fundamentales en muchos circuitos electrónicos, desempeñando funciones críticas tanto en la gestión de potencia como en el procesamiento de señales.

Rectificadores

Los rectificadores son dispositivos eléctricos diseñados específicamente para convertir corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Esto se logra mediante componentes como diodos, que actúan como vías unidireccionales para la electricidad. Cuando la tensión CA pasa a través de un rectificador, solo se permite el paso de la parte que fluye en la dirección directa permitida por los diodos. Esto produce una salida de CC pulsante, cuya forma de onda específica depende del diseño del circuito rectificador. Los rectificadores se utilizan a menudo en aplicaciones de conversión monofásica de CA a CC.

Existen diversas configuraciones de rectificadores, cada una con uno o más diodos en circuitos específicos. Los tipos de rectificadores son:

1. Rectificador de Media Onda:

Un rectificador de media onda es el circuito rectificador más simple, ya que utiliza un solo diodo para convertir la corriente alterna (CA) en una salida de corriente continua (CC) pulsante.

Estos rectificadores se utilizan en aplicaciones donde basta con una tensión de CC simple con menores requisitos de corriente, como circuitos de polarización de LED y cargadores de baterías para dispositivos de baja potencia. Sin embargo, para aplicaciones que exigen mayor eficiencia, una salida de CC más suave o mayores niveles de potencia, la rectificación de onda completa resulta más adecuada.

2. Rectificador de Onda Completa:

Un rectificador de onda completa ofrece una conversión más eficiente y fluida de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC). Utiliza una configuración de diodos para capturar tanto los semiciclos positivos como los negativos de la forma de onda de CA. Esto da como resultado una salida de CC rectificada con una ondulación significativamente menor.

Existen dos tipos principales de circuitos rectificadores de onda completa:

• Puente rectificador de diodos: Utiliza cuatro diodos dispuestos en una configuración de puente para permitir el uso de ambas mitades de la entrada de CA.
• Rectificador de toma central: Utiliza dos diodos y un transformador de toma central, dividiendo el devanado secundario del transformador en dos voltajes iguales que son rectificados por los dos diodos.

Los circuitos de puentes rectificadores son la opción preferida para la mayoría de las aplicaciones que requieren alimentación de CC debido a su eficiencia y características de salida superiores. Los rectificadores de diodos son componentes vitales en fuentes de alimentación, cargadores de baterías, motores de CC y diversos dispositivos electrónicos que dependen de una tensión de CC estable y fiable.

¿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 se pueden clasificar en varios tipos según sus características operativas y aplicaciones, cada uno de los cuales ofrece beneficios únicos adecuados para funciones electrónicas específicas:

• Diodos estándar: Se utilizan típicamente en aplicaciones de propósito general para la rectificación directa de corrientes alternas. Su estructura simple y robusta los hace rentables y fiables, ideales para entornos de baja frecuencia, como cargadores de dispositivos electrónicos de consumo y fuentes de alimentación básicas.
• Diodos de Recuperación Rápida: Diseñados para aplicaciones que requieren capacidades de conmutación rápida, estos diodos minimizan significativamente el tiempo necesario para pasar de estado conductor a no conductor. Esta característica es crucial en circuitos electrónicos digitales y de alta frecuencia, incluyendo sistemas de modulación y convertidores en telecomunicaciones.
• Diodos Schottky: Caracterizados por su baja caída de tensión y alta velocidad de conmutación, estos diodos están construidos con una unión metal-semiconductor, lo que permite tiempos de respuesta más rápidos en comparación con los diodos de silicio estándar. Los diodos Schottky se utilizan ampliamente en aplicaciones energéticas de alta eficiencia, como inversores solares y reguladores de tensión para automóviles.
• Diodos Zener: Se utilizan principalmente para la regulación de tensión, permitiendo que la corriente fluya en sentido inverso cuando se supera una tensión específica, protegiendo así los circuitos de sobretensiones. Los diodos Zener son indispensables para proporcionar tensiones de referencia estables para componentes electrónicos sensibles.

El rendimiento y la eficiencia de estos diodos están fuertemente influenciados por su estructura interna y las propiedades del material.

Por ejemplo, los diodos Schottky, con su exclusiva barrera metal-semiconductor, permiten un menor estrés térmico y un funcionamiento más eficiente en condiciones de alta frecuencia. Esta ingeniería de precisión impulsa la innovación en electrónica industrial y de consumo, mejorando las capacidades y la fiabilidad de los sistemas electrónicos. Estos diodos pueden ser susceptibles a daños por descargas electrostáticas. Una manipulación adecuada es esencial para evitar daños por ESD.

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.

¿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 del diodo rectificador

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?