¿Que es un diodo?
El diodo es un componente electrónico que solo permite el flujo de la electricidad en un solo sentido, debido a esto su funcionamiento se parece a un interruptor el cual abre o cierra los circuitos. Este dispositivo esta conformado por dos tipos de materiales diferentes los cuales se traducen a dos terminales, un ánodo (+) y un cátodo (-).
Composición de materiales de un diodo
El diodo esta construido por dos tipos de materiales un “P” y un “N”
Material tipo P
Este
material se obtiene a través de un proceso de dopado, en el cual se
añaden átomos al semiconductor para aumentar el número cargas positivas o
huecos.
Material tipo N
Este
material también se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, en
este proceso también se añaden átomos al semiconductor, pero con la
diferencia que se aumenta el número de cargas negativas o electrones.
Al tener dos terminales podemos polarizar de dos formas (directa e inversa) diferentes a los diodos y su funcionamiento depende mucho del tipo de polarización que le ponga.
Polarización Directa:
El
ánodo se conecta al positivo de la fuente de voltaje y el cátodo se
conecta al negativo, con esta configuración el diodo actúa como un
interruptor cerrado. Una consideración importante dentro de esta
configuración es que el diodo provoca una caída de voltaje de 0.6 a
0.7v.
Polarización Inversa:
El
ánodo se conecta al negativo de la fuente de voltaje y el cátodo al
positivo, en esta configuración la resistencia del diodo aumenta en
grandes cantidades y esto hace que actué como un interruptor abierto.
Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos, que tienen características eléctricas particulares usados para una aplicación especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios de la mecánica cuántica y teoría de bandas.
Los diodos normales, los cuales operan como se describía más arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio. Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se usaba el óxido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una caída de tensión muy alta (desde 1,4 a 1,7 V) y requerían de una gran disipación de calor mucho más grande que un diodo de silicio. La gran mayoría de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS, que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos internos.
Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.
Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
Diodo ZENER:
Un diodo zener es un semiconductor que se distingue por su capacidad de mantener un voltaje constante en sus terminales cuando se encuentran polarizados inversamente, y por ello se emplean como elementos de control, se les encuentra con capacidad de ½ watt hasta 50 watt y para tensiones de 2.4 voltios hasta 200 voltios. El diodo zener polarizado directamente se comporta como un diodo normal, su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7V.
Diodo LED (Light Emitting Diode):
Es un diodo que entrega luz al aplicársele un determinado voltaje. Cuando esto sucede, ocurre una recombinación de huecos y electrones cerca de la unión NP; si este se ha polarizado directamente la luz que emiten puede ser roja, ámbar, amarilla, verde o azul dependiendo de su composición.Cada color tiene una tension umbral que no debemos de superar.
El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito en el que sea necesaria su presencia, pues, normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una lamparita que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica. Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. La intensidad mínima para que un diodo Led emita luz visible es de 4mA y, por precaución como máximo debe aplicarse 50mA. Para identificar los terminales del diodo Led observaremos como el cátodo será el terminal más corto, siendo el más largo el ánodo. Además en el encapsulado, normalmente de plástico, se observa un chaflán en el lado en el que se encuentra el cátodo. Se utilizan como señal visual y en el caso de los infrarrojos en los mandos a distancia.
Se fabrican algunos LEDs especiales:
- Led bicolor.- Están formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.
- Led tricolor.- Formado por dos diodos Led (verde y rojo) montado con el cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el cátodo común y el tercero es el ánodo verde.
- Display.- Es una combinación de diodos Led que permiten visualizar letras y números. Se denominan comúnmente displays de 7 segmentos. Se fabrican en dos configuraciones: ánodo común y cátodo común.
- LÁSER.- Los diodos láser, también conocidos como láseres de inyección o ILD’s. Son LED’s que emiten una luz monocromática, generalmente roja o infrarroja, fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y video para leer discos compactos (CD’s) que contienen datos, música, películas, etc., así como en sistemas de comunicaciones para enviar información a través de cables de fibra óptica.También se emplean en marcadores luminosos, lectores de códigos de barras y otras muchas aplicaciones.
Diodos rectificadores (grandes corrientes):
Los
diodos rectificadores son utilizados en las fuentes de voltaje para
poder convertir la corriente alterna(CA) en corriente directa
(CD). También son usados en circuitos en los cuales han de pasar grandes
corrientes a través del diodo.
Todos los diodos rectificadores están hechos de silicio y por lo tanto tienen una caída de tensión directa de 0,7 V
Puentes rectificadores:
Dentro
de los puentes rectificadores existen los de media y de onda completa,
para lograr construirlos necesitamos ya sea 1 o 4 diodos rectificadores
según el tipo de onda que se vaya a utilizar. Actualmente podemos
encontrar encapsulados especiales que contienen los cuatro diodos
requeridos. Tienen cuatro pines o terminales: los dos de salida de DC
son marcados con + y -, los de entrada de AC están rotulados con el
símbolo ~.
Diodos detectores o de baja señal:
Los diodos detectores también denominados diodos de señal o de contacto
puntual, están hechos de germanio y se caracterizan por poseer una unión
PN muy diminuta. Esto le permite operar a muy altas frecuencias y con
señales pequeñas. Se emplea por ejemplo, en receptores de radio para
separar la componente de alta frecuencia (portadora) de la componente de
baja frecuencia (información audible). Esta operación se denomina
detección.
Fotodiodo:
Los fotodiodos son diodos provistos de una ventana transparente cuya corriente inversa puede ser controlada en un amplio rango regulando la cantidad de luz que pasa por la ventana e incide sobre la unión PN. A mayor cantidad de luz incidente, mayor es la corriente inversa producida por que se genera un mayor número de portadores minoritarios, y viceversa. Son muy utilizados como sensores de luz en fotografía, sistemas de iluminación, contadores de objetos, sistemas de seguridad, receptores de comunicaciones ópticas y otras aplicaciones. Son sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polarizarán inversamente, con lo que producirán una cierta circulación de corriente cuando sean excitados por la luz. Debido a su construcción se comportan como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Tienen una velocidad de respuesta a los cambios bruscos de luminosidad mayores a las células fotoeléctricas. Actualmente, y en muchos circuitos estás últimas se están sustituyendo por ellos, debido a la ventaja anteriormente citada.
Diodo de capacidad variable (VARICAP):
El diodo varactor también conocido como diodo varicap o diodo de sintonía. Es un dispositivo semiconductor que trabaja polarizado inversamente y actúan como condensadores variables controlados por voltaje. Esta característica los hace muy útiles como elementos de sintonía en receptores de radio y televisión. Son también muy empleados en osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de FM y otros circuitos de alta frecuencia. Una variante de los mismos son los diodos SNAP, empleados en aplicaciones de UHF y microondas.
Diodo túnel:
Los diodos túnel, también conocidos como diodos Esaki. Se caracterizan por poseer una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva una región de resistencia negativa donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Esta última propiedad los hace muy útiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores, interruptores, etc., en aplicaciones de alta frecuencia.
Diodo PIN:
Su nombre deriva de su formación P(material P), I(zona intrínseca)y N(material N) Los diodos PIN se emplean principalmente como resistencias variables por voltaje y los diodos Gunn e IMPATT como osciladores.También se disponen de diodosTRAPATT, BARITT, ILSA, etc. • Son dispositivos desarrollados para trabajar a frecuencias muy elevadas, donde la capacidad de respuesta de los diodos comunes está limitada por su tiempo de tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión PN. Los más conocidos son los diodos Gunn, PIN e IMPATT.
Diodo backward:
Son diodos de germanio que presentan en polarización inversa una zona de resistencia negativa similar a las de los diodos túnel.
Diodo Schottky:
Los diodos Schottky también llamados diodos de recuperación rápida o de portadores calientes, están hechos de silicio y se caracterizan por poseer una caída de voltaje directa muy pequeña, del orden de 0.25V o menos, y ser muy rápidos. Se emplean en fuentes de potencia, sistemas digitales y equipos de alta frecuencia.
Simbolos y nomenclatura:
Estos son los simbolos con los que nos podemos encontrar los distintos tipos de diodos en un diagrama electrónico.
Identificacion Codigo Europeo:
La primera letra distingue el material del semiconductor empleado. La segunda letra indica la aplicación principal o aplicación y
construcción en el caso de que se prefiera una mayor diferenciación. El número de serie está formado por tres cifras para los
dispositivos semiconductores diseñados para aplicación en aparatos de
uso doméstico, o por una letra y dos cifras para los dispositivos
semiconductores diseñados para equipos profesionales.
Daremos el significado de cada una de las letras que contituyen este código para podernos orientar en el caso de tener que proceder a la sustitución de algún diodo.
Primera letra. Puede ser:
- A, indica que se utilizan materiales tales como el germanio.
- B, indica que se utilizan materiales tales como el silicio.
- C, que se utiliza antimoniuro de indio o arseniuro de galio.
- A, si se trata de un diodo que puede ser detector, de alta velocidad o mezclado,
- B, si se trata de un diodo de capacidad variable (varicap).
- E, si se trata de un diodo tunel.
- Y, si se trata de un diodo rectificador.
- Z, si se trata de un diodo Zener regulador de tensión.
Número de serie. Varía según el fabricante y el modelo. Cuando hay tres cifras corresponde a modelos de aplicación en aparatos domésticos. Cuando hay una letra y dos cifras se refiere al uso de aparatos profesionales.
Identificacion Código americano:
Este sistema tiene el siguiente formato: cifra, letra, secuencia de cifras, sufijo
- La primera cifra indica el número de uniones PN que tiene el semiconductor
- La letra siempre es “N” (silicio)
- El secuencia de cifras es un número entre 100 y 9999
- El sufijo (si lo tiene) indica la ganancia del semiconductor. Si no hubiera sufijo el semiconductor, no tiene una ganancia determinada y podría ser cualquiera.
- A = baja ganancia
- B = ganancia media
- C = alta ganancia
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