Diodo Ideal y Diodo Real

Una vez que se dominen los componentes pasivos simples como los resistores, es hora de adentrarse en el fascinante mundo de los semiconductores. Uno de los componentes semiconductores más utilizados es el diodo.

Artículo Relacionado: ¿Qué es un Diodo?

¿Qué es un Diodo Ideal?

La función principal de un diodo ideal es controlar la dirección del flujo de corriente. La corriente que pasa a través de un diodo solo puede circular en una dirección, denominada directa. La corriente que intenta circular en sentido inverso se bloquea. Son como la válvula unidireccional de la electrónica.

Si la tensión en un diodo es negativa, no puede circular corriente, y el diodo ideal se comporta como un circuito abierto. En tal caso, se dice que el diodo está apagado o polarizado inversamente.

Mientras la tensión en el diodo no sea negativa, este se activará y conducirá corriente. Idealmente, un diodo se comportaría como un cortocircuito (0 V en sus terminales) si estuviera conduciendo corriente. Cuando un diodo conduce corriente, está polarizado directamente (término electrónico para “encendido”).

Símbolo del Diodo Ideal

Cada diodo tiene dos terminales (conexiones en cada extremo del componente) y estos terminales están polarizados, lo que significa que son claramente diferentes. Es importante no confundir las conexiones de un diodo. El extremo positivo de un diodo se llama ánodo y el extremo negativo, cátodo. La corriente puede fluir del ánodo al cátodo, pero no en sentido contrario.

El símbolo de circuito de un diodo estándar es un triángulo que toca una línea, pero normalmente su símbolo de circuito se parece a esto:

Los diodos ideales no tienen región de agotamiento o barrera de unión, que resisten el flujo de corriente eléctrica. Por lo tanto, el diodo ideal no tiene caída de tensión o pérdida de tensión.

Curva Característica del Diodo Ideal

La característica corriente-tensión es la relación más importante del diodo. Define cómo fluye la corriente a través del componente y cómo se mide la tensión a través de él. El arco i-v de un diodo ideal es totalmente no lineal. Se parece al siguiente gráfico.

Características del Diodo Ideal en Polarización Directa

Un diodo ideal también actúa como un interruptor. Cuando el diodo está en polarización directa, actúa como un interruptor cerrado, como se muestra en la figura siguiente.

Resistencia Cero

En polarización directa, un diodo ideal no opone resistencia al flujo de corriente, lo que significa que es un conductor perfecto. Como conductor perfecto, ofrece una resistencia nula al flujo de portadores de carga.

Cantidad Infinita de Corriente

Para explicar por qué los diodos ideales ofrecen una corriente infinita cuando están en polarización directa, podemos ver la propiedad anterior de resistencia cero. A partir de la ley de Ohm, podemos decir que

I=V/R,

y por lo tanto,

para R=0,

obtendremos I=infinito.

Tensión de Umbral Cero

Esta propiedad del diodo ideal, bajo polarización directa, también está directamente relacionada con su primera propiedad, que es la resistencia cero. Un voltaje umbral es un voltaje mínimo necesario para superar el potencial de barrera de un diodo y permitirle conducir; puesto que hay resistencia cero, no habría ninguna necesidad de un voltaje umbral para que el diodo conduzca.

Características del Diodo Ideal en Polarización Inversa

Ahora, si el diodo está en polarización inversa, actúa como un interruptor abierto, como se muestra en la figura siguiente.

Resistencia infinita

Se espera que un diodo ideal inhiba completamente el flujo de corriente a través de él en condiciones de polarización inversa. En otras palabras, se espera que imite el comportamiento de un aislante perfecto en condiciones de polarización inversa.

Perdida de Corriente Inversa Cero

Esta propiedad puede justificarse con la propiedad de que el diodo ideal ofrece una resistencia infinita cuando está polarizado inversamente. Dado que la resistencia es infinita, no puede haber flujo de corriente.

Sin tensión de ruptura inversa

Cuando un diodo de polarización inversa falla y empieza a conducir grandes corrientes, se dice que tiene tensión de ruptura inversa. Sin embargo, dado que no puede haber corriente en presencia de una resistencia infinita, no habría ruptura y, por tanto, no habría tensión de ruptura inversa. Independientemente de la magnitud de la tensión, el diodo se comportará como un aislante.

Características del diodo real

Idealmente, los diodos bloquearían toda la corriente que fluye en sentido inverso, o actuarían como un cortocircuito si la corriente fluye en sentido directo. Desafortunadamente, el comportamiento real de los diodos no es del todo ideal. Los diodos consumen cierta cantidad de energía al conducir corriente directa y no bloquean completamente la corriente inversa. Los diodos reales son algo más complejos y cada uno tiene características únicas que definen su funcionamiento.

Relación Corriente-Voltaje

La característica más importante de un diodo es su relación corriente-voltaje (I-V). Esta define la corriente que circula por el componente en función del voltaje medido en sus terminales. Las resistencias, por ejemplo, presentan una relación I-V lineal y sencilla: la Ley de Ohm. Sin embargo, la curva I-V de un diodo es completamente no lineal.

Dependiendo del voltaje aplicado a través de él, un diodo funcionará en una de tres regiones:

1. Polarización directa: Cuando la tensión en el diodo es positiva, el diodo está encendido y puede circular corriente. La tensión debe ser mayor que la tensión directa para que la corriente sea significativa.
2. Polarización inversa: Este es el estado de apagado del diodo, donde la tensión es menor que la tensión directa pero mayor que -la tensión de ruptura. En este modo, el flujo de corriente está (en su mayor parte) bloqueado y el diodo está apagado. Una cantidad muy pequeña de corriente (del orden de nA), denominada corriente de saturación inversa, puede circular en sentido inverso a través del diodo.
3. Ruptura: Cuando la tensión aplicada al diodo es muy alta y negativa, puede circular mucha corriente en sentido inverso, del cátodo al ánodo.

Diferencias entre un diodo Ideal y uno real

La principal diferencia entre estos dos diodos es la siguiente.

Diodo Ideal	Diodo Real
Las uniones de un diodo ideal no tienen tensión umbral, por lo que conducen corriente cuando se aplica una tensión directa a través de ellas.	Los diodos convencionales presentan una tensión umbral antes de conducir corrientes directas. En los diodos de silicio, esta tensión es de aproximadamente 0,7 V, mientras que en los diodos de germanio es de aproximadamente 0,3 V.
El diodo ideal no consume corriente en polarización inversa.	El diodo real consume una corriente muy baja cuando está en polarización inversa.
El diodo ideal ofrece una resistencia infinita cuando está en polarización inversa.	El diodo práctico ofrece una resistencia muy alta cuando está en polarización inversa.
No se puede fabricar.	Se puede fabricar.
Debido a su resistencia infinita a la tensión inversa, los diodos ideales no tienen tensión de ruptura.	Cuando se aplica una polarización inversa a los diodos convencionales, las uniones se rompen y conducen una gran cantidad de corriente.
El diodo ideal tiene una caída de tensión nula en su unión cuando está en polarización directa.	Tiene una caída de voltaje muy baja a través de él, cuando está en polarización directa.