Los diodos son componentes electrónicos que permiten el flujo de corriente eléctrica en una dirección y bloquean en la dirección opuesta. Son fundamentales en una amplia variedad de aplicaciones electrónicas, desde fuentes de alimentación hasta dispositivos LED y detección de señales.
Su funcionamiento se basa en la estructura de unión PN, que es la interfaz entre dos regiones semiconductoras de tipo «P» (positivo) y «N» (negativo). Aquí tienes una breve explicación de cómo funciona un diodo:
- Región de Unión PN: La parte central del diodo es la unión PN, donde se encuentran las regiones P y N. En esta región, hay una diferencia de concentración de portadores de carga, como electrones y huecos, entre las dos regiones. Esto crea una barrera de potencial en la unión.
- Polarización Directa: Cuando aplicas una tensión positiva al ánodo (la región P) y una tensión negativa al cátodo (la región N), reduces la barrera de potencial en la unión PN. Esto permite que los electrones libres de la región N se desplacen hacia la región P y se recombinen con los huecos, lo que permite el flujo de corriente eléctrica a través del diodo. En este estado, el diodo se considera «encendido» y conduce corriente de manera efectiva.
- Polarización Inversa: Cuando inviertes la polaridad y aplicas una tensión positiva al cátodo y una tensión negativa al ánodo, aumentas la barrera de potencial en la unión PN. Esto hace que sea extremadamente difícil para los electrones fluir a través de la barrera, lo que resulta en una corriente eléctrica prácticamente nula. El diodo se considera «apagado» en este estado y bloquea la corriente en la dirección inversa.
Curva características de un diodo
La curva característica de un diodo semiconductor real es una representación gráfica que muestra cómo responde el diodo a las variaciones de la tensión aplicada y la corriente que fluye a través de él.
Aunque esta curva puede variar según el tipo específico de diodo y el material semiconductor utilizado, en general, sigue un patrón similar para la mayoría de los diodos.
- Eje X (Tensión o Voltaje en el Diodo): En el eje horizontal, tenemos la tensión o el voltaje aplicado al diodo, que se mide en voltios (V). Este voltaje puede variar desde 0 V (cuando el diodo está apagado) hasta un valor positivo suficiente para superar la tensión de polarización directa del diodo.
- Eje Y (Corriente a través del Diodo): En el eje vertical, se representa la corriente que fluye a través del diodo, medida en amperios (A). La corriente puede variar desde cero (cuando el diodo está apagado) hasta la corriente máxima que el diodo puede llevar en polarización directa.
La curva característica típica de un diodo semiconductor real se ve así:
- Región de Polarización Directa (ON): A medida que aumenta la tensión aplicada y supera la tensión de polarización directa del diodo, la corriente empieza a aumentar de manera exponencial. Esta región se llama la región de polarización directa y muestra cómo la corriente se incrementa con la tensión de manera bastante abrupta.
- Región de Polarización Inversa (OFF): Si se invierte la polaridad de la tensión aplicada (tensión inversa), la corriente en esta región es extremadamente baja y prácticamente constante. El diodo está «apagado» y bloquea la corriente en esta dirección.
- Tensión umbral: Es el valor mínimo de tensión necesario para que empiece a conducir corriente en polarización directa. Es el punto de encendido del diodo. Por debajo de esta tensión, el diodo está apagado y bloquea la corriente.
- Tensión de ruptura: Es el nivel máximo de tensión inversa que un diodo puede soportar antes de que comience a conducir corriente en polarización inversa.
Características técnicas:
Las características técnicas de un diodo pueden variar según el tipo específico de diodo, pero aquí tienes algunas de las características más comunes que se encuentran en la mayoría de los diodos:
- Valores nominales de tensión:
- VF = Tensión directa en los extremos del diodo en conducción.
- VR = Tensión inversa en los extremos del diodo en polarización inversa.
- VRSM = Tensión inversa de pico no repetitiva.
- VRRM = Tensión inversa de pico repetitiva.
- VRWM = Tensión inversa de cresta de funcionamiento.
- Valores nominales de corriente:
- IF = Corriente directa.
- IR = Corriente inversa.
- IFAV = Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo.
- IFRMS = Corriente eficaz en estado de conducción. Es la máxima corriente eficaz que el diodo es capaz de soportar.
- IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva.
- AV= Average(promedio) RMS= Root Mean Square (raíz de la media cuadrática)
- Valores nominales de temperatura:
- Tstg = Indica los valores máximos y mínimos de la temperatura de almacenamiento.
- Tj = Valor máximo de la temperatura que soporta la unión de los semiconductores.
Dos de los diodos más utilizados en electrónica son el 1N4004 y el 1N4007, comparando sus características principales según su hoja de datos técnica (datasheet).
¿Como probar un diodo?
El modo de prueba de diodos de un multímetro digital produce un pequeño voltaje entre las puntas de prueba suficiente para aplicar polarización directa a la juntura de un diodo. La caída de tensión normal es de 0.5 V a 0.8 V. La resistencia de un diodo en buen estado con polarización directa debe variar de 1000 ohmios a 10 ohmios. Cuando se aplica polarización inversa, la pantalla de un DMM muestra OL (que indica resistencia muy alta).
Tipos de diodos, características y su símbolos
1. Diodo Rectificador
Un diodo rectificador es un tipo de diodo semiconductor que se utiliza para convertir corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Su función principal es permitir que la corriente eléctrica fluya en una dirección específica mientras bloquea el flujo en la dirección opuesta.
Cuando se aplica una tensión positiva en el ánodo (terminal P) y una tensión negativa en el cátodo (terminal N) del diodo rectificador, el diodo se encuentra en polarización directa y permite que la corriente fluya libremente. Esto ocurre durante la mitad del ciclo de una señal de CA, permitiendo que la parte positiva de la señal pase a través del diodo, mientras que bloquea la parte negativa.
2. Diodo Zener:
Un diodo Zener es un tipo especial de diodo semiconductor diseñado para operar en polarización inversa (es decir, con la tensión aplicada en sentido contrario a la dirección de conducción normal) de manera que pueda mantener una tensión constante a través de sus terminales, independientemente de las variaciones en la corriente que fluye a través de él.
- Aplicaciones: Regulación de voltaje, estabilización de la tensión de referencia, protección contra sobretensiones.
3. Diodo Schottky:
Un diodo Schottky, también conocido como diodo de barrera Schottky o diodo de contacto metal-semiconductor, es un tipo especial de diodo semiconductor que se caracteriza por su rápida velocidad de conmutación y su baja caída de tensión directa.
- Aplicaciones: Rectificación de alta frecuencia, protección contra polaridades inversas, circuitos de conmutación rápida.
4. Diodo LED (Diodo Emisor de Luz):
Un diodo LED, es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando se polariza en directa y permite que la corriente eléctrica fluya a través de él. Los LED son ampliamente conocidos por su capacidad de producir luz visible o infrarroja en una variedad de colores, y son componentes esenciales en la iluminación, indicadores luminosos, pantallas y muchas otras aplicaciones.
- Aplicaciones: Indicadores luminosos, iluminación, transmisión de datos por fibra óptica, pantallas y visualización.
5. Diodo Tunel (Tunnel Diode):
Un diodo túnel, es un tipo especial de diodo semiconductor que exhibe una característica de conducción única llamada «túnel» o «efecto de túnel». A diferencia de los diodos convencionales, que muestran una relación lineal entre la corriente y la tensión en la mayoría de su rango de operación, los diodos túnel tienen regiones donde la corriente puede aumentar cuando la tensión disminuye.
- Aplicaciones: Circuitos de alta velocidad, osciladores de microondas, amplificación de señales de radiofrecuencia.