Explicar el diodo y sus tipos
¿Qué es un diodo?
Los diodos son dispositivos eléctricos de dos terminales que actúan como un interruptor unidireccional, permitiendo que la corriente fluya (se transfiera) solo en una dirección. Estos diodos están hechos de materiales semiconductores como
Silicio,
Germanio, y
Arseniuro de galio.
Los dos terminales del diodo se denominan ánodo y cátodo. El funcionamiento de un diodo puede categorizarse en dos tipos según la diferencia de potencial (energía potencial) entre estos dos terminales:
Si el ánodo tiene un voltaje mayor que el cátodo, el diodo se considera en polarización directa y la corriente puede fluir.
Si el cátodo tiene un voltaje mayor que el ánodo, se dice que el diodo está en polarización inversa y la corriente no puede fluir.
Diversos tipos de diodos necesitan diferentes voltajes.
El voltaje de polarización directa de los diodos de silicio es de 0.7V, mientras que el de los diodos de germanio es de 0.3V.
Al trabajar con diodos de silicio, el terminal cátodo suele indicarse por la banda negra o oscura en un extremo del diodo, mientras que el terminal ánodo se muestra típicamente por el otro terminal.
La rectificación, o la conversión de CA a CC, es una de las aplicaciones más comunes de los diodos.
Los diodos se utilizan en aplicaciones de protección contra polaridad inversa y protección contra transitorios porque permiten que la corriente fluya (pase) solo en una dirección e inhiben el flujo de corriente en la otra.
Símbolo del diodo
A continuación se ilustra el símbolo de un diodo. Bajo la condición de polarización directa, la punta de la flecha apunta (indica) en la dirección del flujo convencional de la corriente. Es decir, el ánodo está conectado al lado p y el cátodo al lado n.
Un diodo de unión PN simple se obtiene dopando un bloque de cristal de silicio o germanio con impurezas pentavalentes (o donantes) en una sección y trivalentes (o aceptoras) en la otra.
Una unión PN también puede formarse uniendo un semiconductor de tipo p y un semiconductor de tipo n mediante un proceso de fabricación específico. El ánodo es el terminal que se conecta al tipo p, mientras que el cátodo es el terminal que se conecta al lado del tipo n.
En el centro del bloque, estos dopajes forman una unión PN.
Principio de funcionamiento de un diodo
La interacción entre semiconductores de tipo n y tipo p es el proceso fundamental detrás del funcionamiento de un diodo.
Un semiconductor de tipo n consiste en un gran número de electrones libres y un pequeño número de huecos. En otras palabras, en un semiconductor de tipo n, la concentración de electrones libres es alta, mientras que la concentración de huecos es bastante baja.
En un semiconductor de tipo n, los electrones libres se conocen como portadores de carga mayoritarios, mientras que los huecos se conocen como portadores de carga minoritarios.
Un semiconductor de tipo p se caracteriza por tener un alto número de huecos en relación con la cantidad de electrones libres que contiene. Los huecos constituyen la gran mayoría de los portadores de carga en un semiconductor de tipo p, mientras que los electrones libres representan solo una pequeña parte de este tipo de portadores de carga.
Características de un diodo
Diodo polarizado hacia adelante
Diodo polarizado hacia atrás
Diodo no polarizado (polarización cero)
1). Diodo polarizado hacia adelante
Hay una pequeña disminución en el voltaje a través del diodo cuando está polarizado en la dirección directa y la corriente pasa a través de él.
El voltaje directo de los diodos de germanio es 300 mV, que es mucho menor que el voltaje directo de los diodos de silicio, que es 690 mV.
La energía potencial a través del material p es positiva, mientras que la energía potencial a través del material n es negativa. Los materiales p tienen una energía potencial positiva.
2). Diodo Polarizado en Inverso
Cuando el voltaje de la batería se reduce a cero, se dice que el diodo tiene una polarización inversa. El voltaje inverso para los diodos de germanio es -50(μA) microamperios, mientras que el voltaje inverso para los diodos de silicio es -20(μA) microamperios. Cuando se observa a través de un material p, la energía potencial es negativa, pero cuando se observa a través de un material n, la energía potencial es positiva.
3). Diodo sin Polarización (Diodo con Polarización Cero)
Se afirma que un diodo tiene una condición de polarización cero cuando el potencial de voltaje medido a través del diodo es cero.
Aplicaciones del Diodo
Protección contra la corriente que fluye en la dirección inversa utilizando diodos
Los diodos se utilizan a menudo en circuitos que clavan (circuitos de clavado).
Uso de diodos en circuitos de puertas lógicas
Los diodos son un componente común en circuitos de recorte.
Dispositivos de rectificación compuestos por diodos
Tipos de Diodo
1). Diodo Inverso
2). Diodo BARITT
3). Diodo Gunn
4). Diodo Láser
5). Diodo Emisor de Luz
6). Fotodiodo
7). Diodo PIN
8). Diodo de Recuperación Rápida
9). Diodo de Recuperación por Pasos
10). Diodo Túnel
11). Diodo de Unión P-N
12). Diodo Zener
13). Diodos Schottky
14). Diodos Shockley
15). Diodo Varactor (o) Vari-cap
16). Diodo de Avalancha
17). Diodo de Corriente Constante
18). Diodos Dopados con Oro
19). Diodos Super Barrera
20). Diodo Peltier
21). Diodo Cristalino
22). Diodo de vacío
23). Diodo de señal pequeña
24). Diodo de señal grande
1). Diodo inverso
Este tipo de diodo también se conoce como "diodo inverso" y no se utiliza muy a menudo. El diodo inverso es un diodo de unión PN que funciona como un diodo túnel. El tunel cuántico es una parte importante de cómo fluye la corriente, especialmente en la dirección opuesta. Con la imagen de la banda de energía, puedes ver exactamente cómo funciona el diodo.
La banda en el nivel superior se llama "banda de conducción" y la banda en el nivel inferior se llama "banda de valencia". Cuando se añade energía a los electrones, tienden a obtener más energía y moverse hacia la banda de conducción. Cuando los electrones se mueven de la banda de valencia a la banda de conducción, dejan huecos en la banda de valencia.
En el estado de polarización cero, la banda de valencia que está ocupada es opuesta a la banda de conducción que está ocupada. En la condición de polarización inversa, por otro lado, la región N se desplaza hacia arriba mientras que la región P se desplaza hacia abajo. Ahora, la banda que está completa en la sección P es diferente de la banda que está vacía en la sección N. Por lo tanto, los electrones comienzan a moverse desde la banda llena en la sección P a la banda vacía en la sección N por tunelización.
Esto implica que el flujo de corriente ocurre incluso cuando la polarización está en la dirección opuesta. En la condición de polarización directa, la región N se mueve en la misma dirección que la región P, que es hacia arriba. Ahora, la banda que está llena en la sección N es diferente de la banda que está vacía en la sección P. Por lo tanto, los electrones comienzan a moverse desde la banda llena en la sección N a la banda vacía en la sección P por tunelización.
En este tipo de diodo, se forma la región de resistencia negativa, que es la parte principal del diodo que lo hace funcionar.
2). Diodo BARITT
Este tipo de diodo también se conoce por su término extendido, que es Diodo de Inyección de Barrera y Tiempo de Tránsito, o diodo BARRITT. Es adecuado para aplicaciones de microondas y permite realizar varias comparaciones con el diodo IMPATT, que se utiliza más comúnmente.
El uso de la energía térmica es lo que causa la emisión en este tipo particular de diodo. En comparación con otros tipos de diodos, este produce mucho menos ruido.
Los mezcladores, amplificadores u osciladores son algunas de las posibles aplicaciones para estos, dada su capacidad de señal pequeña. También pueden usarse en una variedad de otros dispositivos.
3). Diodo Gunn
Un diodo de unión PN, también conocido como diodo Gunn, es un tipo de diodo que es un dispositivo semiconductor que consta de dos terminales. En la mayoría de las aplicaciones, se utiliza en la producción de señales de microondas.
Los osciladores desarrollados a partir de diodos Gunn se utilizan dondequiera que haya necesidad de transmisión de radio.
También se utilizan en organizaciones militares. Este diodo es un componente esencial de todos los tacómetros, incluso los más básicos. Los diodos Gunn pueden facilitar la inclusión de tecnología de sensores de apertura de puertas en sistemas de monitoreo modernos, lo cual es una necesidad en los sistemas de monitoreo modernos. Además, se recomienda el uso de este diodo en los circuitos de alarmas antirrobo (intrusión).
4). Diodo Láser
Debido a que genera luz coherente, el diodo láser no opera de la misma manera que un LED (diodo emisor de luz) típico. Estos tipos particulares de diodos se utilizan ampliamente en una variedad de dominios, incluyendo unidades de CD, reproductores de DVD y punteros láser utilizados en presentaciones. Aunque estos diodos son más asequibles que otros tipos de generadores láser, su costo es mucho mayor en comparación con el de los LEDs. También tienen una vida útil limitada.
5). Diodo Emisor de Luz
La frase diodo emisor de luz (o) LED se refiere a una de las variedades más comunes y ampliamente utilizadas de diodos. Si el diodo está conectado de tal manera que tiene un sesgo directo, entonces la corriente pasará por la unión, lo que causará que se produzca luz. Hay varios avances nuevos en LED que los están convirtiendo en OLED y LEDs.
Durante el área de trabajo con sesgo directo, este es el tipo de diodos que están en operación. Hay un flujo de corriente tan pronto como el diodo comienza a conducir cuando estamos en esta zona. El término "corriente de avance" se refiere a este tipo de corriente. El diodo es la fuente de la luz que se produce durante esta operación.
Los LED vienen en una amplia variedad de colores. Para ser más específicos, uno parpadeante que puede funcionar como encendido y apagado durante un tiempo predeterminado. Pueden ser diodos bicolor, en cuyo caso se emiten dos colores, o pueden ser diodos tricolor, en cuyo caso se emiten tres colores, dependiendo de la cantidad de voltaje positivo recibido.
Además de esto, hay LED que pueden producir luz infrarroja. Su aplicabilidad práctica se encuentra en los controles remotos.
6). Fotodiodo
La luz es detectada por el fotodiodo en esta técnica. Se ha descubierto que la interacción de la luz con una unión PN puede resultar en la creación de electrones y huecos. En la mayoría de los casos, los fotodiodos funcionan bajo condiciones de polarización inversa, lo que permite que incluso una pequeña cantidad de corriente inducida por la luz sea fácilmente detectada y monitoreada. La generación de energía es otro uso posible para estos tipos de diodos.
Dado que también puede conducir cuando se somete a polarización inversa, el funcionamiento de un fotodiodo es muy similar al de un diodo zen.
Tanto el valor de la corriente como el valor de la intensidad de la luz son directamente proporcionales entre sí. También tienen tiempos de reacción suficientemente rápidos, midiendo en nanosegundos en lugar de milisegundos.
7). Diodo PIN
Las características de este diodo se determinan a lo largo del proceso de su desarrollo. Se utilizan estándares de tipo p y n en la construcción de este tipo de diodo. La unión que se producirá como resultado de estas interacciones se conoce como semiconductor intrínseco, ya que no incluirá ninguna concentración de dopado.
Aplicaciones como el conmutado pueden aprovechar el acceso a esta región.
8). Diodo de Recuperación Rápida
El diodo tendrá un tiempo de recuperación más rápido. La CA se utiliza como entrada de señal durante el proceso de rectificación. Estos niveles tienen aspectos tanto positivos como negativos. Para que las polaridades transicionen de positivo a negativo (o) de negativo a positivo, el período de recuperación debe ser lo más corto posible.
Cuando se realizan aplicaciones de alta frecuencia, es muy importante tener los tiempos de recuperación más rápidos posibles. En condiciones como estas, se recomienda utilizar este diodo en particular. Como condición de esto, la representación debe hacerse de manera precisa mientras se mantiene la integridad de la señal.
9). Diodo de Recuperación por Pasos
Es uno de los componentes del diodo de microondas. Esto a menudo lleva a la generación de pulsos en el rango de alta frecuencia. Estos diodos dependen (dependiendo) del tipo de diodos que tienen la propiedad de apagarse rápidamente debido a su operación.
10). Diodo Túnel
Se sabe que estos diodos túnel requieren interruptores mientras operan en el rango de ultra alta velocidad. La duración de la transición se medirá en nanosegundos o picosegundos. Esto se utiliza en circuitos de oscilador de relajación debido a la idea de resistencia negativa que está asociada con él.
11). Diodo P-N
Este es el diodo fundamental que se produce cuando los materiales de tipo p y n interactúan entre sí. Explora la idea de favorecer un punto de vista sobre otro. Debido a este sesgo, puede funcionar en una variedad de modos de operación.
Solo cuando se aplica el sesgo hacia adelante, este diodo conduce. Cuando el sesgo está en la otra dirección, no hay un flujo claro de corriente. Muestra que la corriente está bloqueada cuando el sesgo está en la otra dirección.
Se utilizan en situaciones cuando las aplicaciones necesitan corrientes bajas, como los diodos de señal, y por lo tanto son preferidos. Los rectificadores son uno de los usos más fundamentales de esta tecnología.
12). Diodo Zener
Es el tipo de diodo que ha sido construido de tal manera que puede funcionar en modo de sesgo inverso. Cuando se aplica un sesgo hacia adelante, las propiedades de operación del diodo serán comparables a las de un diodo convencional que tiene una unión p-n como su componente fundamental.
Cuando el diodo opera en modo de sesgo inverso, una vez que alcanza el voltaje Zener más bajo, habrá un aumento en los valores de la corriente; sin embargo, el voltaje continuará siendo constante más allá de ese punto.
Como resultado, puede utilizarse en el proceso de control de voltaje debido a este hecho. Cuando comienza a conducir corriente bajo polarización directa, el diodo ha demostrado su capacidad única. Los fabricantes determinan exactamente cuál será el voltaje más zen para este tipo particular de diodo. Debido a esto, es posible fabricar más diodos zen.
13). Diodos Schottky
Un diodo Schottky es un tipo de diodo que se caracteriza por su capacidad para realizar operaciones de conmutación a altas velocidades. Se produce una pérdida de voltaje muy pequeña a lo largo de la ruta directa, por lo que se considera una característica positiva.
Los circuitos de fijación que son lo suficientemente rápidos son un buen ejemplo de dónde se puede utilizar este tipo de diodo, ya que sus usos son evidentes allí. Una frecuencia en el rango de gigahertz es típica para la operación de diodos de este tipo. En otras palabras, tiene el potencial de ser más deseable durante las aplicaciones de alta frecuencia.
14). Diodos Shockley
Las aplicaciones de conmutación utilizan estos diodos, que son un tipo diferente de diodo de los descritos anteriormente. Tienen un voltaje fundamental, también conocido como voltaje de disparo, que está presente.
Es imposible que esto cambie, ya que permanecerá en el modo de alta resistencia si el voltaje que se le proporciona es inferior al valor de disparo básico. La ruta de baja resistencia se construirá tan pronto como el voltaje suministrado sea mayor que el valor de disparo básico. Los diodos Shockley realizan sus funciones de esta manera.
15). Diodo Varactor (o) Varicap
Esta es otra categoría única de diodos, que ocurre cuando se aplica un voltaje inverso a la unión del dispositivo. Esto causa un cambio en la capacitancia de la unión. Como es un diodo de capacitancia variable, se puede usar la abreviatura "varicap" para referirse a él.
16). Diodo de avalancha
El diodo de avalancha es un tipo de diodo con polarización inversa que deriva su funcionamiento de los fenómenos de avalancha. El fallo de la avalancha ocurre cuando el caída de tensión permanece constante y no se ve afectada por la corriente. Debido al alto nivel de sensibilidad que poseen, se utilizan para la detección fotónica.
17). Diodo de corriente constante
Es un dispositivo eléctrico que limita la corriente al valor máximo proporcionado. También se le puede referir como un diodo limitador de corriente (CLD) o un diodo regulador de corriente (CRD).
Estos diodos están hechos de un JFET de canal n. La puerta está conectada a la fuente y actúa como un limitador de corriente de dos terminales o fuente de corriente. Permiten que fluya una corriente a través de ellos hasta un valor específico antes de detenerse para aumentar más.
18). Diodos dopados con oro
El oro se utiliza como dopante en estos diodos. Algunos diodos son más potentes que otros. La corriente de fuga en polarización inversa también es menor en estos diodos. Incluso con mayores caídas de tensión, el diodo puede funcionar a frecuencias de señal. El oro ayuda a la recombinación rápida de los portadores minoritarios en estos diodos.
19). Diodos super barrera
Es un diodo rectificador con una caída de tensión directa baja como un diodo Schottky y una corriente de fuga inversa baja como un diodo de unión P-N. Fue creado para aplicaciones de alta potencia, conmutación de alta velocidad y bajas pérdidas. Los diodos rectificadores de barrera super son el siguiente tipo de rectificadores que tienen una tensión directa más baja que el diodo Schottky.
20). Diodo Peltier
Genera calor en las dos uniones de materiales del semiconductor en este tipo de diodo, que fluye de un terminal a otro. Este flujo tiene solo una dirección, la misma que la del flujo de corriente.
Este calor se genera como resultado de la carga eléctrica generada por la recombinación de los portadores de carga minoritarios. Se utiliza principalmente para enfriamiento y calefacción. Este tipo de diodo sirve tanto como sensor como motor térmico en el enfriamiento termoeléctrico.
21). Diodo de Cristal
Es una forma de diodo de contacto puntual, también conocido como bigote de gato. Su funcionamiento está determinado por la presión de contacto entre el cristal de semiconductor y el punto.
Contiene un alambre metálico que se presiona contra el cristal de semiconductor. En esta condición, el cristal de semiconductor actúa como cátodo mientras que el alambre metálico actúa como ánodo. Estos diodos son obsoletos en la naturaleza y se utilizan principalmente en receptores y detectores de microondas.
22). Diodos de Vacío
Los diodos de vacío están compuestos por dos electrodos que actúan como ánodo y cátodo. El tungsteno se utiliza para fabricar el cátodo, que emite electrones en dirección al ánodo. El flujo de electrones siempre va del cátodo al ánodo. Como resultado, funciona como un interruptor.
Cuando el cátodo está cubierto con material de óxido, la capacidad de emisión de electrones aumenta. Los ánodos son bastante más largos y sus superficies a veces se rugosen para minimizar las temperaturas que ocurren en el diodo. El diodo solo conducirá cuando el ánodo sea positivo (+) con respecto al terminal del cátodo.
23). Diodo de Señal Pequeña
Es un dispositivo diminuto con características desproporcionadas, utilizado principalmente en campos de aplicación de alta frecuencia y baja corriente, como radios y televisores.
Los diodos de señal son mucho más pequeños que los diodos de potencia. Un borde está marcado con negro (o) rojo para indicar el terminal del cátodo. El rendimiento del pequeño diodo de señal es particularmente efectivo para aplicaciones a altas frecuencias.
En comparación con sus capacidades en otras categorías, los diodos de señal suelen tener una capacidad de corriente modesta y una disipación de potencia baja. Suelen estar en el rango de 150mA & 500mW.
Se utiliza en
Aplicaciones de diodos,
Conmutación de alta velocidad,
Amplificadores paramétricos & muchas más aplicaciones.
24). Diodo de señal grande
La capa de unión PN en estos diodos es bastante gruesa. Como resultado, se utilizan a menudo en la rectificación o la conversión de CA a CC. La gran unión PN aumenta la capacidad de conducción de corriente hacia adelante del diodo y la tensión de bloqueo inversa. Los diodos de señal grandes no son apropiados para aplicaciones de alta frecuencia.
Estos diodos son principalmente aplicables en fuentes de alimentación como
Rectificadores,
Convertidores,
Inversores,
Dispositivos de carga de baterías, etc.
La resistencia hacia adelante de estos diodos es de unos cuantos Ohms, mientras que la resistencia de bloqueo inverso se mide en Mega Ohms.
Debido a su alta capacidad de corriente & voltaje, puede emplearse en dispositivos eléctricos que suprimen picos de voltaje grandes.
Como resultado, los muchos tipos de diodos y sus usos se han discutido en este post. Cada diodo tiene su propio método único de representación, además de su propio método único de operación.
Preguntas frecuentes
1). ¿Un diodo convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC)?
El diodo que permite que la corriente fluya (pase) en una dirección. Cuando se utiliza con corriente alterna, los diodos solo conducirán durante la mitad del ciclo. Como resultado, se utilizan en la conversión de corriente alterna a corriente directa. Por lo tanto, los diodos son de corriente directa (CD).
2). ¿Qué son los Diodos Ideales?
Los diodos que se utilizan para regular la dirección del flujo de corriente se conocen como diodos ideales. Con un diodo ideal, la corriente solo puede fluir en una dirección, conocida como la dirección hacia adelante, y no puede fluir en las direcciones inversas.
Los diodos ideales parecen ser un circuito abierto cuando están polarizados en sentido inverso, y el voltaje a través de ellos es negativo en esta condición.
3). ¿Cuál es la diferencia entre polarización directa e inversa?
La polarización directa ocurre en un diodo convencional cuando el voltaje a través del diodo permite el flujo normal de corriente, mientras que la polarización inversa indica un voltaje a través del diodo en dirección opuesta. Sin embargo, el voltaje aplicado a través del diodo durante la polarización inversa no resulta en ningún flujo apreciable de corriente.
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