¿Qué es un diodo?

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que restringe el flujo de corriente en una dirección y le permite fluir libremente en la dirección opuesta. Tiene muchas aplicaciones en circuitos electrónicos y puede usarse para crear rectificadores, inversores y osciladores.

En este artículo, tomaremos una mirada más cercana en qué es un diodo y cómo funciona. También exploraremos algunos de sus usos comunes en circuitos electrónicos. ¡Entonces empecemos!

¿Cómo funciona un diodo?

Un diodo es un dispositivo electrónico que sólo permite corriente fluya en una dirección. Suelen encontrarse en circuitos eléctricos. Funcionan debido al material semiconductor del que están hechos, que puede ser de tipo N o de tipo P. Si el diodo es de tipo N, solo permitirá que la corriente fluya cuando se aplique voltaje en la misma dirección de la flecha del diodo, mientras que los diodos de tipo P solo permitirán que la corriente fluya cuando se aplique voltaje en el curso opuesto de su flecha.

El material semiconductor permite que la corriente fluya mediante la creación de un ‘zona de agotamiento‘ que es un área donde no se permiten electrones. Una vez que se aplica el voltaje, la zona de agotamiento llega a ambos extremos del diodo y permite que la corriente pase a través de él. Este proceso se llama ‘polarización directa‘.

Si se aplica tensión en el sentido contrario del material semiconductor, una polarización inversa. Esto hará que la zona de agotamiento solo se extienda desde un extremo de la terminal y detenga el flujo de corriente. Esto se debe a que si se aplicara voltaje en la misma ruta que la flecha en un semiconductor de tipo P, el semiconductor de tipo P actuaría como un tipo N porque permitiría que los electrones corran en la dirección opuesta a su flecha.

¿Para qué se utilizan los diodos?

Los diodos se utilizan para convertir corriente continua en corriente alterna, mientras bloquea la conducción inversa de cargas eléctricas. Este componente básico también se puede encontrar en atenuadores de luz, motores eléctricos y celdas solares.

Los diodos se utilizan en las computadoras para proteger los componentes electrónicos de la computadora contra daños debidos a subidas de tensión. Reducen o bloquean la tensión superior a la requerida por la máquina. Esto también reduce el drenaje de la fuente de alimentación de la computadora, ahorrando energía y reduciendo la producción de calor dentro de la unidad. Los diodos se encuentran en electrodomésticos de alta gama como hornos, lavavajillas, hornos microondas y lavadoras. Se utilizan en estos aparatos para proteger contra daño debido a sobretensiones causadas por fallas en el servicio eléctrico.

Aplicaciones de Diodos

• Rectificación
• como un interruptor
• Circuito de aislamiento de fuente
• Como referencia de voltaje
• Mezclador de frecuencia
• Protección contra corriente inversa
• Protección contra polaridad inversa
• Protección contra sobretensiones
• Detector o demodulador de envolvente AM (detector de diodo)
• Como fuente de luz
• En un circuito de sensor de temperatura positivo
• En un circuito de sensor de luz
• Una celda solar o celda fotovoltaica
• como un cortapelos
• como abrazadera

Historia del diodo

La palabra «diodo» se deriva de la Griego palabra, “diodous” o “diodos”. El propósito de un diodo es permitir que la electricidad vaya en una sola dirección. Un diodo también puede denominarse válvula electrónica.

Fue descubierto por Enrique José Ronda a través de sus experimentos sobre electricidad durante 1884. Estos experimentos se realizaron con el uso de un tubo de vidrio al vacío que tenía electrodos de metal en ambos extremos en su interior. El cátodo tiene una placa que tiene carga positiva y el ánodo tiene una placa que tiene carga negativa. Cuando se enviaba corriente a través del tubo, se encendía, lo que indicaba que la energía fluía por el circuito.

quien invento el diodo

Aunque el primer diodo semiconductor fue inventado en 1906 por John A. Fleming, se atribuye a William Henry Preece y Arthur Schuster la invención independiente del dispositivo en 1907.

Tipos de diodos

• Diodo de pequeña señal
• Diodo de señal grande
• Diodo Zener
• Diodo emisor de luz (LED)
• Diodos de corriente constante
• Diodo Schottky
• diodo shockley
• Diodos de recuperación de pasos
• diodo túnel
• diodo varactor
• Diodo láser
• Diodo de supresión de voltaje transitorio
• Diodos dopados con oro
• Súper diodos de barrera
• Diodo Peltier
• diodo de cristal
• diodo de avalancha
• Rectificador controlado por silicio
• diodos de vacío
• Diodo PIN
• Punto de contacto
• Diodo Gunn

Diodo de pequeña señal

Un diodo de señal pequeña es un dispositivo semiconductor que tiene una capacidad de conmutación rápida y una baja caída de voltaje cuando está en conducción. Proporciona un alto grado de protección contra daños debidos a descargas electrostáticas.

Diodo de señal grande

Un diodo de señal grande es un tipo de diodo que transmite señales de un nivel de potencia más alto que un diodo de señal pequeña. Un diodo de señal grande se usa comúnmente para convertir la corriente alterna en corriente continua. Un diodo de señal grande transmitirá la señal sin pérdida de energía y es menos costoso que un capacitor electrolítico.

Un condensador de desacoplamiento se usa a menudo junto con un diodo de señal grande. El uso de este dispositivo afecta el tiempo de respuesta transitoria del circuito. El capacitor de desacoplamiento ayuda a limitar las fluctuaciones de voltaje que se deben a cambios en la impedancia.

Diodo Zener

Un diodo Zener es un tipo especial que conducirá electricidad solo en la región justo debajo de la caída de voltaje directo. Esto significa que cuando se coloca voltaje en un terminal del Zener, permitirá que la corriente se mueva desde el otro terminal al que tiene el voltaje. Es importante que este dispositivo se use correctamente y esté conectado a tierra o, de lo contrario, puede causar daños permanentes a su circuito. También es importante que este dispositivo funcione al aire libre, ya que fallará si se coloca en un ambiente húmedo.

Cuando se aplica suficiente corriente al diodo Zener, se creará una caída de voltaje. Si este voltaje alcanza o excede el voltaje de ruptura de la máquina, permitirá que la corriente fluya desde una terminal.

Diodo emisor de luz (LED)

Un diodo emisor de luz (LED) está hecho de un material semiconductor que emite luz cuando lo atraviesa una corriente eléctrica de suficiente magnitud. Una de las propiedades más importantes de los LED es que son muy eficientes en la conversión de energía eléctrica en energía óptica. Los LED también se utilizan como lámparas indicadoras para indicar dispositivos electrónicos como computadoras, relojes, radios, televisores, etc.

El LED es un brillante ejemplo del avance de la tecnología de microchip y ha permitido cambios significativos en las aplicaciones de iluminación. Los LED usan al menos dos capas de semiconductores para producir luz, una unión pn para generar portadores (electrones y huecos) que luego son barridos hacia lados opuestos de una capa de «barrera» que atrapa los huecos en un lado y los electrones en el otro. . La energía de los portadores atrapados se recombina en una «resonancia» conocida como electroluminiscencia.

El LED se considera un tipo eficiente de iluminación porque emite bajos niveles de calor junto con su luz. Tiene una vida más larga en comparación con las bombillas incandescentes que pueden durar hasta 60 veces más y tiene una mayor eficiencia luminosa y emite menos sustancias tóxicas en comparación con las lámparas fluorescentes tradicionales.

La mayor ventaja de los LED es el hecho de que necesitan muy poca energía cuando están en funcionamiento, según el tipo de LED. En la actualidad, es posible utilizar LED con fuentes de energía que van desde celdas solares hasta baterías, e incluso corriente alterna (AC).

Hay muchos tipos diferentes de LED y vienen en varios colores, incluidos rojo, naranja, amarillo, verde, azul, blanco y otros. Hoy en día, los LED están disponibles con un flujo luminoso que oscila entre 10 y 100 lúmenes por vatio (lm/W), que es casi lo mismo que las fuentes de luz convencionales.

Diodos de corriente constante

Un diodo de corriente constante, o CCD, es un tipo de diodo regulador de voltaje para fuentes de alimentación. La función principal del CCD es reducir la pérdida de potencia en la salida y mejorar la regulación del voltaje al reducir su variación con los cambios de carga. También se puede usar un CCD para ajustar los niveles de potencia de entrada de CC y para regular los niveles de CC en los rieles de salida.

Diodo Schottky

Los diodos Schottky también se denominan diodos portadores calientes.

El diodo Schottky fue inventado por el Dr. Walter Schottky en el año 1926. La invención del diodo Schottky es lo que hizo posible que usáramos LED (diodos emisores de luz) como fuentes de señal robustas.

El diodo tiene un efecto muy ventajoso cuando se utiliza en circuitos de alta frecuencia. El diodo Schottky tiene principalmente tres componentes; el P, N y la unión metal-semiconductor. La construcción de este dispositivo es tal que se forma una unión abrupta dentro del semiconductor sólido. Esto hace posible que los portadores pasen del semiconductor al metal. A cambio, ayuda a reducir el voltaje directo, lo que a su vez reduce las pérdidas de energía y aumenta las velocidades de conmutación de los dispositivos que usan diodos Schottky por un margen muy amplio.

diodo shockley

Un diodo Shockley es un dispositivo semiconductor con una disposición asimétrica de electrodos. El diodo conducirá en una dirección y mucho menos si se invierte la polaridad. Si se mantiene un voltaje externo en un diodo Shockley, se polarizará progresivamente hacia adelante a medida que el voltaje aplicado aumente hasta un punto llamado voltaje de «corte» en el que no hay corriente apreciable ya que todos los electrones se recombinan con los agujeros. Más allá del voltaje de corte hay una región de resistencia negativa en la representación gráfica de la curva característica de corriente/voltaje. El Shockley funcionará como un amplificador con valores de resistencia negativos en este rango.

El funcionamiento del Shockley se puede entender mejor descomponiéndolo en tres partes conocidas como regiones, la corriente en la dirección inversa de abajo hacia arriba es 0, 1 y 2 respectivamente.

En la región 1, cuando se aplica un voltaje positivo para una polarización directa, los electrones se difunden en el semiconductor de tipo n desde el material de tipo p donde se forma una «zona de agotamiento» debido al reemplazo de los portadores mayoritarios. Una zona de agotamiento es un área en la que los portadores de carga se eliminan aplicando voltaje. La zona de agotamiento alrededor de la unión pn evita que la corriente fluya por el frente del dispositivo unidireccional.

Cuando los electrones entran en el lado n desde el lado tipo p, se forma una «zona de agotamiento» que va de abajo hacia arriba hasta que se bloquea el camino de la corriente del hueco. Los agujeros que viajaban de arriba hacia abajo se recombinan con los electrones que iban de abajo hacia arriba. Es decir, aparece una ‘zona de recombinación’ entre las zonas de agotamiento de la banda de conducción y la banda de valencia, lo que impide un mayor flujo de portadores mayoritarios a través del diodo Shockley.

El flujo de corriente ahora está controlado por un portador que es el portador minoritario, es decir, electrones en este caso para semiconductores de tipo n y huecos para material de tipo p. Entonces podemos decir que, aquí la ejecución de corriente está controlada por portadores mayoritarios (huecos y electrones) y el flujo de corriente será independiente del voltaje aplicado siempre que haya suficiente cantidad de portadores libres para la conducción.

En la región 2, los electrones emitidos desde la zona de agotamiento se recombinan con huecos en el otro lado y crean nuevos portadores mayoritarios (electrones en material de tipo p para semiconductores de tipo n). A medida que estos orificios ingresan a la zona de agotamiento, completan la ruta de curso actual a través del diodo Shockley.

En la región 3, cuando se aplica un voltaje externo para una polarización inversa, aparece en la unión una región de carga espacial o zona de agotamiento que consta de portadores mayoritarios y minoritarios. Los pares electrón-hueco se separan debido a la aplicación de voltaje a través de ellos, lo que da como resultado una corriente de deriva a través de Shockley. Esto conduce a una ejecución de pequeñas cantidades de corriente a través del diodo Shockley.

Diodos de recuperación de pasos

Un diodo de recuperación escalonada (SRD) es un dispositivo semiconductor que puede proporcionar un estado de conducción fijo e incondicionalmente estable entre su ánodo y su cátodo. La transición del estado apagado al estado encendido puede activarse mediante pulsos de tensión negativa. En su estado activado, un SRD se comporta como un diodo perfecto. En el estado apagado, un SRD es predominantemente no conductor con algo de corriente de fuga, pero generalmente no lo suficiente como para causar una pérdida de energía significativa en la mayoría de las aplicaciones.

La siguiente figura muestra formas de onda de recuperación escalonada para ambos tipos de SRD. El trazo superior muestra un tipo de recuperación rápida, que emite una gran cantidad de luz cuando se ingresa al estado desactivado. Por el contrario, la traza inferior muestra un diodo de recuperación ultrarrápida que se ha optimizado para el funcionamiento a alta velocidad y muestra solo emisiones visibles insignificantes de la transición de encendido a apagado.

Para encender un SRD, el voltaje del ánodo debe exceder el voltaje de umbral (VT) de la máquina. El SRD se apagará cuando el potencial del ánodo sea menor o igual que el potencial del cátodo.

diodo túnel

Un diodo de túnel es una forma de ingeniería cuántica que toma dos piezas de semiconductor y las intercala en una pieza para que el otro lado quede hacia afuera. El diodo túnel es único en el hecho de que los electrones fluyen a través del semiconductor y no a su alrededor. Esta es una de las principales razones por las que este tipo de ingeniería es tan único, porque ninguna otra forma de transporte de electrones, hasta este momento, ha sido capaz de lograr tal hazaña. Una de las razones por las que los diodos de túnel son tan populares es porque ocupan menos espacio que otras formas de ingeniería cuántica y también se pueden usar en muchas aplicaciones en muchos campos.

diodo varactor

Un diodo varactor es un semiconductor utilizado en capacitancia variable controlada por voltaje. El diodo varactor tiene dos conexiones, una en el lado del ánodo de la unión PN y otra en el lado del cátodo de la unión PN. Cuando aplica un voltaje a través del varactor, permitirá que se forme un campo eléctrico que cambie el ancho de su capa de agotamiento. Esto alterará efectivamente su capacitancia.

Diodo láser

Un diodo láser es un semiconductor que emite luz coherente, también llamada luz láser. El diodo láser emite rayos de luz paralelos direccionales con baja divergencia. Esto contrasta con otras fuentes de luz como los LED ordinarios donde la luz emitida diverge significativamente.

Los diodos láser se utilizan para almacenamiento óptico, impresoras láser, escáneres de códigos de barras y comunicación por fibra óptica.

Diodo de supresión de voltaje transitorio

Un diodo de supresión de voltaje transitorio (TVS) es un diodo que ha sido diseñado para proteger contra sobretensiones eléctricas y otros tipos de transitorios. También es capaz de separar el voltaje y la corriente para ayudar a evitar que los transitorios de alto voltaje entren en la electrónica de microcircuitos. El diodo TVS no conducirá durante el funcionamiento normal, sino que solo conducirá durante un transitorio eléctrico. Durante un transitorio eléctrico, el diodo TVS puede manejar picos de dv/dt rápidos y picos de dv/dt grandes. El dispositivo se encuentra típicamente en el circuito de entrada de los circuitos del microprocesador donde maneja señales de conmutación de alta velocidad.

Diodos dopados con oro

Los diodos dopados con oro se encuentran en condensadores, rectificadores y otros dispositivos. Estos diodos se encuentran principalmente en la industria electrónica porque no requieren mucho voltaje para conducir electricidad. Los diodos dopados con oro se pueden fabricar con materiales semiconductores tipo p o tipo n. Un diodo dopado con oro conduce la electricidad de manera más eficiente a altas temperaturas, especialmente en diodos de tipo n.

El oro no es un material ideal para dopar semiconductores porque los átomos de oro son demasiado grandes para caber fácilmente dentro de los cristales semiconductores. Esto significa que el oro normalmente no se difundirá muy bien en un semiconductor. Una de las formas de aumentar el tamaño de los átomos de oro para que se difundan es agregar plata o indio. El método más común utilizado para dopar los semiconductores con oro es mediante el uso de borohidruro de sodio, que ayuda a crear una aleación de oro y plata dentro del cristal semiconductor.

Los diodos dopados con oro se utilizan generalmente en aplicaciones de potencia de alta frecuencia. Estos diodos ayudan a reducir el voltaje y la corriente recuperando energía de la fuerza contraelectromotriz de la resistencia interna del diodo. Los diodos dopados con oro son útiles en máquinas como redes de resistencias, láseres y diodos de túnel.

Súper diodos de barrera

Los diodos de superbarrera son un tipo de diodo que se puede utilizar en aplicaciones de alto voltaje. Estos diodos tienen un voltaje directo bajo a alta frecuencia.

Los diodos de superbarrera son un tipo de diodo muy versátil porque pueden manejar una amplia gama de frecuencias y voltajes. Se utilizan principalmente en circuitos de conmutación de energía para sistemas de distribución de energía, rectificadores, inversores de accionamiento motorizado y fuentes de alimentación.

El diodo de superbarrera está hecho principalmente de dióxido de silicio con algo de cobre. El diodo de superbarrera tiene varias variaciones de diseño que incluyen el diodo de superbarrera plano a base de germanio, el diodo de superbarrera de unión y el diodo de superbarrera aislador.

Diodo Peltier

Un diodo peltier es un semiconductor. Se puede utilizar para generar una corriente eléctrica en respuesta a la entrada de energía térmica. Este dispositivo aún es nuevo y no se ha investigado completamente, pero parece que podría ser útil para la conversión de calor en electricidad. Esto podría usarse para elementos de calentamiento de agua, o incluso en automóviles. Esto permitiría aprovechar el calor generado por un motor de combustión interna, que suele ser energía desperdiciada. También permitiría que el motor funcione de manera más eficiente, ya que no tendría que producir tanta energía (por lo tanto, usaría menos combustible) y, en cambio, el diodo peltier convertiría el calor residual en energía.

diodo de cristal

Los diodos de cristal se utilizan típicamente para filtrado de banda estrecha, osciladores o aplicaciones de amplificadores controlados por voltaje. El diodo de cristal se considera una aplicación especial del efecto piezoeléctrico. Este proceso ayuda en la generación de señales de voltaje y corriente aprovechando sus propiedades inherentes. Los diodos de cristal también se combinan comúnmente con otros circuitos que proporcionan amplificación u otras funciones especializadas.

diodo de avalancha

El diodo de avalancha es un semiconductor que genera una avalancha de un solo electrón de la banda de conducción a la banda de valencia. Se utiliza como rectificador en circuitos de potencia de corriente continua de alta tensión, como detector de radiación infrarroja y como máquina fotoeléctrica de radiación ultravioleta. El efecto de avalancha aumenta la caída de voltaje directo a través del diodo para que pueda ser mucho menor que su voltaje de ruptura.

Rectificador controlado por silicio

Un rectificador controlado por silicio (SCR) es un tiristor que tiene tres conductores. Fue diseñado para actuar como un interruptor en los hornos de microondas para el control de energía. Puede activarse por corriente, voltaje o ambos, dependiendo de la configuración del cable de la compuerta. Cuando el cable de la compuerta es negativo, permite que la corriente fluya a través del SCR y cuando es positivo, bloquea el paso de corriente a través del SCR. La ubicación del cable de la compuerta determina si la corriente pasa o se bloquea cuando está en su lugar.

diodos de vacío

Los diodos de vacío son otro tipo de diodo, pero a diferencia de los otros tipos, se usan en tubos de vacío para regular el curso de la energía. Los diodos de vacío permiten que la corriente funcione a un voltaje constante, pero también tienen una rejilla de control que cambia este voltaje. Dependiendo del voltaje que haya en la rejilla de control, un diodo de vacío permitirá o detendrá el flujo de corriente. Los diodos de vacío se utilizan como amplificadores y osciladores en receptores y transmisores de radio. También sirven como rectificadores, que cambian la corriente alterna en corriente continua para uso de dispositivos eléctricos.

Diodo PIN

Los diodos PIN son un tipo de diodo de unión pn. En general, los PIN son un semiconductor que exhibe una baja resistencia cuando se le aplica voltaje. Esta baja resistencia aumentará con un aumento en el voltaje aplicado. Los PIN tienen un voltaje de umbral antes de que se vuelvan conductores. Entonces, si no se aplica un voltaje negativo, el diodo no permitirá que corra ninguna corriente hasta que alcance este valor. La cantidad de corriente que fluye a través del metal dependerá de la diferencia de potencial, o voltaje, entre ambos terminales y no habrá fugas de un terminal a otro terminal.

Diodo de contacto de punto

El Diodo Point-Contact es un dispositivo de un solo lado que tiene la capacidad de mejorar la señal de las radiofrecuencias. El punto de contacto también se conoce como transistor de unión. Consiste en dos cables que están unidos al material semiconductor. Cuando estos cables se tocan, se crea un «punto de pellizco» donde los electrones pueden cruzarse. Este tipo de diodo se usa en particular con radios AM y otros dispositivos para que puedan detectar señales de radiofrecuencia.

Diodo Gunn

Un Gunn es un tipo de diodo que está hecho de dos uniones pn espalda con espalda con alturas de barrera asimétricas. Esto hace que el flujo de electrones se suprima en gran medida en la dirección directa, mientras que la corriente aún corre en la dirección inversa.

Estos dispositivos suelen utilizarse como osciladores de microondas. Fueron inventados alrededor de 1959 por JB Gunn y AC Newell en el Royal Signals Establishment en Gran Bretaña, de ahí el nombre: “Gunn” son las siglas de sus apellidos y “diodo” porque trabajaban en dispositivos gaseosos (Newell era antes de la Edison Bell Laboratories, donde había trabajado en dispositivos semiconductores).

La primera aplicación a gran escala de los diodos Gunn fue la primera generación de equipos de radio UHF militares británicos que comenzaron a usarse alrededor de 1965. Las radios AM militares también hicieron un uso extensivo de los diodos Gunn.

La característica de un diodo Gunn es que la corriente es solo del 10% al 20% de lo que sería en un diodo de silicio normal. Además, la caída de tensión en el diodo es aproximadamente una décima parte de la del tipo convencional, normalmente 25 mV a temperatura ambiente para un diodo de 0.

Videotutorial

Conclusión

Esperamos que hayas aprendido qué es un diodo. Si está interesado en aprender más sobre cómo funciona este fascinante componente, eche un vistazo a nuestros artículos en la página de diodos. Creemos que esta vez también aplicará todo lo que ha aprendido.