diodos
El diodo es un componente electrónico (semiconductor), cuya principal característica es permitir el paso de la corriente en un solo sentido, e impedirlo en el sentido contrario.
Antes de estudiar el diodo, aprendamos qué es la "unión NP".
Cruce NP
Los semiconductores de tipo N y P por sí solos tienen poca importancia práctica ya que son eléctricamente neutros, como se muestra en la figura 1(a). Sin embargo, si unimos (o fusionamos) estos dos materiales semiconductores, se comportarán de manera muy diferente, fusionándose y produciendo lo que generalmente se conoce como una “ Unión NP ”.
Comprender cómo funciona la unión PN es la base para comprender todos los dispositivos semiconductores.
En realidad la unión se fabrica como una sola pieza de material (componente), pero es mucho más fácil explicar el funcionamiento si imaginamos producir dos piezas separadas de tipo N y tipo P y luego unirlas, como se muestra en la figura 1 ( a) y (b).
Para que la unión funcione, se debe aplicar una tensión externa adecuada al fin.
Al aplicar un voltaje, el resultado es que algunos de los electrones libres de los átomos de impureza donantes (tipo N) comienzan a migrar a través de esta unión recién formada para llenar los "agujeros" en el material (tipo P) produciendo iones negativos.
A medida que los electrones se mueven, dejan huecos que luego serán llenados por iones positivos, como se muestra en la figura 1 (b).
Este proceso continúa hasta que la cantidad de electrones que han cruzado la unión tienen una carga eléctrica lo suficientemente grande como para repeler o evitar que más iones crucen la unión.
Este proceso se limita a una región delgada alrededor de la unión.
Esta área alrededor de la unión PN se llama Región o Capa de Agotamiento.
Esta capa de agotamiento tiene aproximadamente 1 micrómetro de ancho (¡una millonésima de metro!) y se extiende a ambos lados de la unión.
La región de agotamiento también crea un "potencial de barrera", que es la cantidad de voltaje necesaria para mover electrones a través de la región de agotamiento.
El valor potencial de esta barrera es de aproximadamente 0,7 V para el silicio y 0,3 V para el germanio.
¿Cómo se fabrica un diodo?
Un diodo se crea uniendo un sustrato rico en electrones libres (semiconductor tipo N) a un sustrato deficiente en electrones (semiconductor tipo P, “agujeros”).
formando una unión NP.
Un diodo tiene dos terminales, es un dipolo. Más precisamente, el diodo es un dipolo pasivo no lineal, figura 2.
Las Resistencias, Condensadores e Inductores son componentes lineales, es decir, solo cambian la amplitud o fase de una señal aplicada a su entrada. El comportamiento del diodo es diferente como veremos.
El principal interés al utilizar el diodo es dejar que la corriente fluya en una dirección y no en la otra.
Símbolo de diodo
El diodo y el símbolo del diodo se muestran en la figura 2.
Polaridade de um diodo
O diodo tem dois terminais, cada um com um nome para identificar a direção da corrente.
Estes são: ânodo e cátodo, muitas vezes referidos como A e K.
No símbolo, o cátodo é o terminal representado pela barra vertical.
Repare que na figura 3 são representados o sentido da corrente e, a identificação da posição correta, para um diodo.
Observe que o anel (faixa cinza do diodo), corresponde ao cátodo (K).
Tipos de diodo
Existen varios tipos de diodos como diodo de señal, diodo de potencia, Zener, LED, etc., como se muestra en la figura 4.
El Diodo de Señal es un pequeño dispositivo generalmente utilizado en circuitos electrónicos donde intervienen pequeñas corrientes o altas frecuencias, como en radio, televisión y circuitos lógicos digitales.
El Diodo de Potencia, a su vez, es un dispositivo de mayor tamaño (o mucho mayor), generalmente utilizado en circuitos de potencia eléctricos o electrónicos, donde están presentes valores de corriente medianos o grandes. En la figura 4, aunque las imágenes no se corresponden en tamaño con la realidad, se puede observar que el diodo de Potencia es mucho mayor en volumen, para permitir una mayor disipación térmica.
Diodo de tensión continua CC, polarizado directamente.
Un diodo conduce la corriente eléctrica en un sentido (figura 5) y la bloquea en el sentido contrario, por lo que funciona como si fuera un interruptor.
Un diodo se puede representar mediante su circuito equivalente como se muestra.
El circuito equivalente (el diodo) está compuesto por un interruptor (abierto o cerrado según la polarización), una fuente de 0,7 voltios que representa la caída de voltaje en la unión PN del diodo. Por tanto, el diodo sólo conducirá con una tensión superior a este valor (0,7 V).
Diodo CC de voltaje directo, polarizado inverso.
Al polarizar un diodo de manera inversa (figura 6) “no pasa nada” ya que no conduce, sin embargo hay un límite a este voltaje inverso, que si se excede dañará el diodo.
Este voltaje umbral se llama voltaje de ruptura y es una de las especificaciones inherentes a cada diodo.
El valor (0,7 voltios) es intrínseco a cada diodo de silicio, a menos que el fabricante especifique un valor diferente.
Diodos - Conceptos básicos
Módulo 7.1
¿Qué es un diodo?
Cruce NP
Como se hace un diodo
Símbolo
Polaridad de un diodo
Diodo de voltaje CC CC, polarizado inverso
rectificador de media onda
rectificador de onda completa
diodos de potencia
diodo zener
diodo LED
Optoacoplador
Curva característica del diodo de silicio
Los diodos de señal de silicio tienen un valor de resistencia inversa muy alto y una caída de voltaje de aproximadamente 0,6 a 0,7 V a través de la unión.
Tienen valores de resistencia razonablemente bajos para la polarización directa, lo que les da valores máximos de corriente directa y voltaje inverso altos. La Figura 7 muestra estas características a través de la curva que relaciona Voltaje versus Corriente (VxI).
Tenga en cuenta que la corriente aumenta rápidamente después del voltaje umbral (0,7 voltios).
Asimismo, también cae bruscamente tras la tensión de ruptura.
Funcionamiento de un diodo en tensión alterna CA.
Ahora veremos cómo se comporta un diodo cuando el voltaje aplicado es sinusoidal, aunque el mismo análisis se aplica a otras formas de onda.
Observe la figura 8, muestra un circuito electrónico compuesto por un diodo, una resistencia y el voltaje aplicado, que en este caso es una onda sinusoidal (AC).
Como observación, la onda podría ser cuadrada, triangular, etc.
La Figura 9 nos muestra una onda sinusoidal de entrada, versus respuesta (salida) a esta señal):
Diodos - Módulo 7.0
¿Por qué esta forma de onda en la salida?
Durante cada medio ciclo "positivo" de la onda sinusoidal de CA (arriba), el diodo está polarizado directamente, ya que el ánodo es positivo con respecto al cátodo, lo que hace que la corriente fluya a través del diodo.
Durante cada medio ciclo "negativo" de la onda sinusoidal de entrada (abajo), el diodo tiene polarización inversa, ya que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Por lo tanto, no fluye corriente a través del diodo o circuito. Por lo tanto, en el semiciclo negativo del suministro, no fluye corriente en la resistencia de carga ya que no hay voltaje. El voltaje de salida es 0 (cero)
En resumen, cuando la sinusoide es positiva en la entrada, también lo es en la salida, y cuando la sinusoide es negativa en la entrada, se recortará en la salida y la forma de onda que se muestra es la traza verde (recta), pero no coincidiendo con el cero (voltios), sino con un voltaje de 0,7 V (la línea verde está justo por encima del cero en la figura 9).
Importante: Es bueno tener en cuenta que la teoría de funcionamiento de un diodo es la misma, sea cual sea el régimen de funcionamiento, ya sea continuo o alterno.
¿Qué pasa si giramos el diodo en la dirección opuesta?
¿Qué pasa con la señal de salida si conectamos el diodo en la posición opuesta (figura 10), y mantenemos la misma señal de entrada en rojo, como en la figura 9?
La figura 10 es la respuesta a la pregunta. Ocurrirá exactamente igual que antes, pero la señal habrá "perdido" las variaciones positivas de la sinusoide y las variaciones negativas permanecerán.
