Los Diodos

Richard Perez Vega

El diodoUn diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corrienteeléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodosemiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductorconectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto paratecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y uncátodo.De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo decierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima deella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a estecomportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir laparte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corrientecontinua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest

Diodo ZenerHemos visto que un diodo semiconductor normal puede estar polarizado tanto en directa como inversamente.

En directa se comporta como una pequeña resistencia. En inversa se comporta como una gran resistencia.

Veremos ahora un diodo de especiales características que recibe el nombre de diodo zener

El diodo zener trabaja exclusivamente en la zona de característica inversa y, en particular, en la zona del punto deruptura de su característica inversa. Esta tensión de ruptura depende de las características de construcción deldiodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actúa como un diodo normal y por tanto no seutiliza en dicho estado.

Curva Característica de diodo zenerTres son las características que diferencian a los diversos diodos Zener entre si:

Tensiones de polarización inversa. conocida como tensión zener, Es la tensión que el zener va a mantener constante.

Corriente mínima de funcionamiento. Si la corriente a través del zener es menor, no hay seguridad en que el Zenermantenga constante la tensión en sus bornas.

Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante, nos indica el máximo valor de la corriente quepuede soportar el Zener.

Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene constante la tensión en sus bornas a un valorllamado tensión de Zener, pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre elvalor mínimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si superamos elvalor de esta corriente el zener se destruye.

Características técnicas

El diodo zener viene caracterizado por:

1. Tensión Zener Vz.2. Rango de tolerancia de Vz. (Tolerancia: C:

±5%)3. Máxima corriente Zener en polarización

inversa Iz.4. Máxima potencia disipada.5. Máxima temperatura de operación del

zener.

Ficha técnica de un tipo de diodo zenerdesarrollada por la corporación privada Bourns,Inc.

Diodo rectificadorUn diodo rectificador es uno de los dispositivosde la familia de los diodos más sencillos. Elnombre diodo rectificador” procede de suaplicación, la cual consiste en separar los ciclospositivos de una señal de corriente alterna.Si se aplica al diodo una tensión de corrientealterna durante los medios ciclos positivos, sepolariza en forma directa; de esta manera,permite el paso de la corriente eléctrica.Pero durante los medios ciclos negativos, el diodose polariza de manera inversa; con ello, evita elpaso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, seconsideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizancorrectamente su función, la corriente máxima en que puedenconducir en sentido directo y las tensiones directa e inversamáximas que soportarán.Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, esen las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal decorriente alterna en otra de corriente directa.

Símbolo del diodo rectificador

Características del diodo rectificador

Tensión inversa de ruptura: la tensión inversa de ruptura es la máxima tensión en sentido inverso que puede soportarun diodo sin entrar en conducción; esta tensión para un diodo rectificador es destructiva, por ello cuando se diseña uncircuito siempre se utiliza un factor de seguridad que no está determinado, sino que depende del diseñador, así porejemplo, si la hoja de características de un diodo expresa un valor para la tensión inversa de ruptura de 80 V, un diseñadormuy conservador puede utilizar un factor de seguridad de 2. El diodo no soportará, en ningún caso, tensiones inversassuperiores a 40 V.

Corriente máxima de polarización directa: es el valor medio de corriente para el cual el diodo se quema debido a unaexcesiva disipación de potencia. Este valor nunca se debe alcanzar, por ello, al igual que en el caso de la tensión inversa deruptura se utiliza en diseño un factor de seguridad que suele ser 2. Este valor está expresado en la hoja de característicasdel diodo referido a alimentación monofásica, carga resistiva, 50 o 60 Hz y a 75 ºC de temperatura.

Caída de tensión con polarización directa: esta medida se realiza con una señal alterna y se obtiene la caída de tensióncon polarización directa, para un valor determinado de corriente y una temperatura de 25 ºC.

Corriente inversa máxima: es la corriente con polarización inversa para una tensión continua determinada que vieneindicada en la hoja de características del diodo. El valor de la corriente inversa se da para diferentes temperatura.

Características técnicas

Ficha técnica de un tipo de diodo rectificador de alta tension desarrollada por

la corporación privada Bourns, Inc.

Diodo LED

Este tipo de diodos es muy popular, sino, veamos cualquier equipoelectrónico y veremos por lo menos 1 ó más diodos led. Podemosencontrarlos en diferentes formas, tamaños y colores

diferentes. La forma de operar de un led se basa en la recombinaciónde portadores mayoritarios en la capa de barrera cuando se polarizauna unión Pn en sentido directo. En cada recombinación de unelectrón con un hueco se libera cierta energía. Esta energía, en el casode determinados semiconductores, se irradia en forma de luz, en otrosse hace de forma térmica.

Dichas radiaciones son básicamente monocromáticas (sin color). Porun método de "dopado" del material semiconductor se puede afectarla energía de radiación del diodo.

El nombre de LED se debe a su abreviatura en ingles ( Light EmmitingDiode )Además de los diodos led existen otros diodos con diferente emisión,como la infrarroja, y que responden a la denominación IRED (Diodoemisor de infra-rojos).

Símbolo del diodo LED

Características del diodo LEDDimensiones y color del diodo

Actualmente los LED tienen diferentes tamaños, formas y colores. Tenemos LED redondos, cuadrados, rectangulares,triangulares y con diversas formas.

Los colores básicos son rojo, verde y azul, aunque podemos encontrarlos naranjas, amarillos incluso hay un Led de luzblanca. Las dimensiones en los LED redondos son 3mm, 5mm, 10mm y uno gigante de 20mm

Ángulo de vista

Esta característica es importante, pues de ella depende el modo de observación del Led, es decir, el empleo prácticode aparato realizado.

Luminosidad

La intensidad luminosa en el eje y el brillo están intensamente relacionados. Tanto si el Led es puntual o difusor, elbrillo es proporcional a la superficie de emisión. Si el Led es puntual, el punto será más brillante, al ser una superficiedemasiado pequeña. En uno difusor la intensidad en el eje es superior al modelo puntual.

Consumo

El consumo depende mucho del tipo de LED que elijamos.

Características del diodo LED

Diodo Schottky

El diodo Schottky o diodo de barrera Schottky, llamado así en honordel físico alemán Walter H. Schottky, es un dispositivo semiconductorque proporciona conmutaciones muy rápidas entre los estados deconducción directa e inversa (menos de 1ns en dispositivos pequeñosde 5 mm de diámetro) y muy bajas tensiones umbral (tambiénconocidas como tensiones de codo, aunque en inglés se refieren a ellacomo "knee", o sea, de rodilla). La tensión de codo es la diferencia depotencial mínima necesaria para que el diodo actúe como conductor enlugar de circuito abierto; esto, claro, dejando de lado la región Zener,que es cuando más bien existe una diferencia de potencial losuficientemente negativa para que a pesar de estar polarizado en contradel flujo de corriente- éste opere de igual forma como lo haría

regularmente.

Características del diodo Schottky

La alta velocidad de conmutación permite rectificar señales de muy altas

frecuencias y eliminar excesos de corriente en circuitos de alta intensidad. A

diferencia de los diodos convencionales de silicio, que tienen una tensión

umbral —valor de la tensión en directa a partir de la cual el diodo conduce—

de0,7 V, los diodos Schottky tienen una tensión umbral de aproximadamente

0,2V a 0,4 V empleándose, por ejemplo, como protección de descarga de

células solares con baterías de plomo ácido.

La limitación más evidente del diodo de Schottky es la dificultad de conseguir

resistencias inversas relativamente elevadas cuando se trabaja con altos

voltajes inversos pero el diodo Schottky encuentra una gran variedad de

aplicaciones en circuitos de alta velocidad para computadoras donde se

necesiten grandes velocidades de conmutación y mediante su poca caída de

voltaje en directo permite poco gasto de energía.

Diodo Túnel

El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en lacual se produce el efecto túnel que da origen a una conductanciadiferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corriente-tensión.La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilizacióncomo componente activo (amplificador/oscilador).También se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre quedescubrió que una fuerte contaminación con impurezas podía causar unefecto de tunelización de los portadores de carga a lo largo de la zona deagotamiento en la unión. Una característica importante del diodo túneles su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes depolarización directa. Cuando la resistencia es negativa, la corrientedisminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo túnel puedefuncionar como amplificador, como oscilador o como biestable.Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia paraaplicaciones que involucran microondas y que están relativamente libresde los efectos de la radiación.

Curva características del diodo túnel Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo tunnel empieza a conducir (lacorriente empieza a fluir).

Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar unpunto después del cual la corriente disminuye.

La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un"valle" y después volverá a incrementarse. En esta ocasión la corriente continuaráaumentando conforme aumenta la tensión.

Este comportamiento de la corriente en función de la tensión en el diodo tunnel se puede ver en el siguiente gráfico.

• Vv: Tensión de valle• Vp: Tensión pico• Ip: Corriente pico• Iv: Corriente de valle

La región en el gráfico en que la corriente disminuye cuando la tensión aumenta (entre Vp yVv) se llama "zona de resistencia negativa "Los diodos tunnel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.

Diodo VaricapDiodo de capacidad variable, esto es el diodo varicap, también llamado Varactor. Este diodo formauna capacidad en los extremos de la union PN, que resulta de utilidad, cuando se busca utilizar esacapacidad en provecho del circuito en el cual debe de funcionar el diodo.

Cuando polarizamos un varicap de forma directa, observamos que además de las zonasconstitutivas de la capacidad que buscamos, en paralelo con ellas aparece una resistencia de muybajo valor óhmico, conformando con esto un capacitor de pérdidas muy elevadas. En cambio si lopolarizamos en sentido inverso, la resistencia en paralelo mencionada, es de un valor relativamentealto, dando como resultado que el diodo se comporte como un capacitor de pérdidas bajas.

Introducción

Características, relación tensión-capacitancia

Los diodos varactores o varicap han sido diseñados de manera que sufuncionamiento sea similar al de un capacitador y tengan una característicacapacitancia-tension dentro de límites razonables.

En el gráfico a la derecha se muestran las similitudes entre un diodo y uncapacitor.Debido a la recombinación de los portadores en el diodo, una zona deagotamiento se forma en la juntura.

Esta zona de agotamiento actúa como un dieléctrico (aislante), ya que no hayninguna carga y flujo de corriente

Las áreas exteriores a la zona de agotamiento si tienen portadores de carga (área semiconductor). Se puedevisualizar sin dificultad la formación de un capacitor en el diodo (dos materiales semiconductores deparadospor un aislante).

La amplitud de la zona de agotamiento se puede ampliar incrementando la tensión inversa aplicada al diodocon una fuente externa. Esto causa que se aumente la separación (aislante) y separa más las áreassemiconductoras. Este último disminuye la capacitancia.Entonces la capacitancia es función de la tensión aplicada al diodo.

Si la tensión aplicada al diodo aumenta la capacitancia disminuye Si la tensión disminuye la capacitancia aumenta