Aprende la fantástica Función de un Diodo

La función de un diodo es actuar como un componente electrónico especializado con dos electrodos llamados el ánodo y el cátodo. La mayoría de los diodos están formados con materiales semiconductores como el silicio, el germanio o el selenio. Algunos diodos están constituidos por electrodos metálicos en una cámara evacuada o llena con un gas esencial puro a baja presión. Si deseas conocer más acerca de este interesante tema continua leyendo este articulo…

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Función de un diodo

El diodo es uno de los componentes electrónicos más empleados actualmente. Su mayor función es la conducción unidireccional, es decir, la corriente solo puede fluir desde una dirección del diodo. La función del diodo es actuar como un circuito rectificador, circuito de detección, circuito regulador de voltaje, varios circuitos de modulación. El principio es muy simple. Es debido a la invención de diodos y otros mecanismos que tenemos el nacimiento de nuestro colorido mundo de la información electrónica. (ver artículo: Función de un Transformador)

El papel de los diodos es muy grande, pero muchos no lo conocen. Este componente es en realidad muy sencillo. Simplemente utilice un multímetro para golpear el archivo de resistencia y mida la resistencia inversa. Si es pequeño, representa que el diodo es malo. Si la resistencia inversa es grande, representa que el diodo es bueno. Los diodos se pueden utilizar como rectificadores, limitadores de señal, reguladores de voltaje, interruptores, moduladores de señal, mezcladores de señal, demoduladores de señal y osciladores.

Esta es una vista simplista, pero es cierto para diodos que aplican como rectificadores, interruptores y limitadores. El voltaje de ruptura de avance es de cerca de 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. Cuando una señal analógica pasa a través de un diodo que maniobra en o cerca de su punto de ruptura hacia adelante, la forma de onda de la señal se distorsiona. Esta no linealidad permite la modulación, la demodulación y la mezcla de señales.

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Además, las señales se forman en armónicos o múltiplos integrales de la frecuencia de entrada. Algunos diodos asimismo tienen una característica que se denomina resistencia negativa de forma imprecisa. Los diodos de este tipo, con la aplicación de un voltaje al nivel correcto y la polaridad, forman señales analógicas en las frecuencias de radio de microondas. Los diodos semiconductores pueden diseñarse para originar corriente continua cuando la luz visible, la transmisión infrarroja, o la energía ultravioleta los golpean.

Estos diodos se conocen como células fotovoltaicas y son la base de los sistemas de energía eléctrica solar y los foto sensores. Otra forma de diodo, corrientemente utilizada en equipos electrónicos e informáticos, emite luz visible o energía infrarroja cuando la corriente pasa a través de él. Un dispositivo de este tipo es el familiar diodo emisor de luz LED.

¿Qué es?

La base de un diodo es su disposición a conducir la corriente eléctrica en una sola dirección. Cuando el cátodo está saturado negativamente en relación con el ánodo, a un voltaje mayor que un cierto mínimo llamado ruptura hacia adelante, la corriente fluye a través del diodo. Si el cátodo es positivo con relación al ánodo, posee el mismo voltaje que el ánodo o es negativo en una cantidad menor que el voltaje de ruptura directa, entonces el diodo no transfiere la corriente.

El diodo, construido principalmente de cristal, es una unión “pn” constituida por un semiconductor de tipo p y un semiconductor de tipo n, y se forma una capa de carga espacial en ambos lados de la interfaz, y se construye un campo eléctrico propio. Cuando no hay voltaje aplicado, la corriente de difusión producida por la diferencia en la concentración del portador en ambos lados de la unión pn es igual a la corriente de deriva producida por el campo eléctrico de construcción propia, y se halla en un estado de equilibrio eléctrico.

Cuando el exterior posee una polarización de tensión directa, la supresión mutua del campo eléctrico externo y el campo eléctrico de construcción ajustada hacen que la corriente de difusión de la portadora se eleve para producir una corriente directa. Cuando el exterior posee una polarización de tensión inversa, el campo eléctrico externo y el campo eléctrico de construcción propia se fortifican aún más para constituir una corriente de saturación inversa, que es independiente del valor de voltaje de polarización inversa dentro de un cierto rango de voltaje inverso.

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Cuando la tensión inversa empleada es alta en cierta medida, la intensidad del campo eléctrico en la capa de carga espacial de la unión pn logra un valor crítico para generar un proceso de multiplicación de portadoras, formando un gran número de pares de agujeros de electrones y formando un gran corriente de ruptura inversa, a este se le llama el fenómeno de descomposición del diodo.

El desglose inverso de la unión pn se determina por el desglose “Zener” y el desglose por avalancha, donde la intensidad del campo eléctrico en la capa de carga espacial de la unión pn logra un valor crítico para generar un proceso de multiplicación, creando un gran número de pares de agujeros de electrones y generando una gran corriente de ruptura inversa, a lo cual se le llama el fenómeno de descomposición del diodo.

Sin embargo, para la regla general anterior, si el voltaje del cátodo es positivo en relación con el voltaje del ánodo en una cantidad lo adecuadamente grande, el diodo conducirá la corriente. El voltaje requerido para provocar este fenómeno, conocido como el voltaje de avalancha, varía mucho dependiendo de la naturaleza del material semi-conductor a partir del cual se fabrica el dispositivo. El voltaje de avalancha puede alterarse desde unos pocos voltios hasta varios cientos de voltios.

Características de un diodo

Un diodo consiste en una matriz, un paquete y dos electrodos, mediante una unión PN. Se dibuja un cable en cada extremo de la unión PN, y se utiliza un diodo de plástico, vidrio o material metálico como paquete para formar un diodo de cristal. El electrodo dibujado en la región P se conoce como un electrodo positivo o un ánodo, y el electrodo extraído en la región N se conoce como un electrodo negativo o un cátodo. La característica del voltio-amperio de un diodo es la relación entre el voltaje aplicado a través del diodo y la corriente que fluye a través del diodo.

La curva utilizada para describir cualitativamente la relación entre los dos se designa curva característica de voltios-amperios. Cuando el voltaje directo aplicado es pequeño, el diodo presenta una gran resistencia, la corriente directa es casi cero y el segmento OA de la curva se designa región no conductora o región muerta. En general, la tensión de la zona muerta del tubo de silicio es de cerca de 0,5 voltios, y la tensión de la zona muerta de germanio es de aproximadamente 0,2 voltios. Este valor de voltaje igualmente se denomina voltaje de umbral o voltaje de umbral.

Cuando la tensión directa empleada excede la tensión de banda muerta, el campo eléctrico en la unión PN casi se cancela, la resistencia del diodo es pequeña, la corriente directa empieza a aumentar y entra en la región de conducción directa, pero la tensión no es proporcional a la corriente. La corriente directa aumenta velozmente con el aumento de la tensión aplicada. La tensión directa en ambos extremos luego de encender el diodo se designa como caída de tensión directa o caída de tensión del tubo, y es casi constante.

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La caída de presión del tubo del tubo de silicona es de cerca de 0.7 Voltios, y la caída de presión del tubo de germanio es de aproximadamente 0.3 Voltios. Cuando el diodo se somete a una tensión inversa, el campo eléctrico interno de la unión PN se fortifica, el diodo presenta una gran resistencia y solo hay una pequeña corriente inversa. En aplicaciones prácticas, cuanto más pequeña es la corriente inversa, mayor es la resistencia inversa del diodo y mejor es el rendimiento de corte inverso.

Generalmente, la corriente de saturación inversa de un diodo de silicio está por debajo de muchas decenas de microamperios, el diodo de germanio posee varios cientos de microamperios y el diodo de alta potencia es un poco más grande. Cuando la tensión inversa aumenta a un cierto valor, la corriente inversa se eleva violentamente y entra en la región de ruptura inversa, y su tensión conveniente se denomina tensión de ruptura inversa. Si la corriente es muy grande después de que se rompe el diodo, el tubo se dañará. Por lo tanto, la tensión inversa del diodo no debe exceder la tensión de ruptura a excepción del diodo Zener.

El diodo es como un interruptor automático. Cuando este posee un semiciclo positivo, la fuente de alimentación se vincula automáticamente a la carga. Cuando este es un semiciclo negativo, la fuente de alimentación y la carga se cortan automáticamente. Dado que este circuito posee una salida solo en el semiciclo positivo, se denomina circuito de rectificación de media onda. Si la polaridad del diodo rectificador se invierte, se puede lograr un voltaje de ondulación negativo. (ver artículo: Función de los Huesos)

Parámetros de un diodo

Existe una especificación manejada para indicar el rendimiento y el rango de un diodo, llamados parámetros del diodo. Diferentes tipos de diodos poseen diferentes parámetros característicos. Generalmente se deben entender los siguientes parámetros principales:

  1. Corriente máxima de rectificador

Se refiere al valor actual promedio máximo que el diodo puede pasar durante una operación continua a largo plazo. El valor está relacionado con el área de unión PN y las circunstancias de disipación de calor externas. Cuando la corriente pasa a través del tubo, la matriz se calienta y la temperatura aumenta. Cuando la temperatura excede el límite permitido, que es aproximadamente 141 para el tubo de silicona y aproximadamente 90 para el colector, la matriz se sobrecalienta y se daña.

Por lo tanto, bajo las condiciones de disipación de calor definidas, el diodo no debe exceder el valor de corriente rectificada máxima del diodo. Por ejemplo, los diodos de germanio de tipo IN4001-4007 utilizados usualmente poseen una corriente de funcionamiento de avance nominal de 1A.

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  1. Tensión de trabajo más alta

Cuando la tensión inversa utilizada a través del diodo es lo apropiadamente alta, el tubo se romperá y perderá su conductividad unidireccional. Para certificar un uso seguro, se detalla el valor de voltaje de operación inverso más alto. Por ejemplo, el diodo IN4001 posee un voltaje de resistencia inversa de 50V y el IN4007 posee un voltaje de resistencia inversa de 1000V.

  1. Corriente inversa

La corriente inversa se refiere a la corriente inversa que transita a través del diodo a temperatura normal (25 °C) y la tensión inversa más alta. Cuanto más pequeña sea la corriente inversa, mejor será la conductividad unidireccional del tubo. Cabe destacar que la corriente inversa posee una relación cercana con la temperatura, y la corriente inversa se duplica por cada aumento de temperatura de 10 °C. (ver artículo: Función de la Educación Pública)

Por ejemplo, el diodo de germanio tipo 2AP1 posee una corriente inversa de 250 uA a 25 °C, un aumento de la temperatura a 35 °C, una corriente inversa de 500uA, y así alternativamente. A 75 °C, su corriente inversa ha sobrepasado los 8 mA. Aquí no solo pierde su conductividad unidireccional, sino que además sobrecalienta y daña el tubo. Otro ejemplo es el diodo de silicio 2CP10, que posee una corriente inversa de solo 5uA a 25 °C y una corriente inversa de 160 uA cuando la temperatura sube a 75 °C.

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  1. Resistencia dinamica

La relación entre el cambio de voltaje cerca del punto de operación estática Q de la curva característica del diodo y la cantidad de cambio en la corriente proporcionada.

  1. Frecuencia de trabajo más alta

Esta es la frecuencia límite superior a la que opera el diodo. Dado que el diodo es el mismo que el de la unión PN, su capacidad de unión está formada por una capacidad de barrera. Por lo tanto, el valor de Frecuencia depende principalmente del tamaño de la capacitancia de la unión PN. Si supera este valor. La conductividad unidireccional se verá perturbada.

  1. Coeficiente de temperatura de voltaje

Este se refiere al cambio relativo en el voltaje constante por cada aumento de temperatura de un grado centígrado. La estabilidad de la temperatura del diodo Zener con un coeficiente de aproximadamente 6 voltios es mejor.

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