Los diodos son uno de los dispositivos semiconductores más comunes utilizados en equipos electrónicos en la actualidad.
También son uno de los más incomprendidos.
Después de todo, los diodos a menudo se denominan "puertas unidireccionales" o "puertas de robo" cuando se habla de su funcionamiento.
Cuando un diodo se corta del voltaje exterior, los electrones dentro de él quedan atrapados en el interior y no pueden escapar de nuevo.
Como tal, esto atrapa la corriente que fluye a través de esa parte particular del circuito en el interior sin salida, excepto a través de la terminal opuesta o la ruta de retorno (por lo tanto, el nombre pasa por alto el nombre).
Sin embargo, cuando los diodos se mencionan junto con la electrónica, pueden resultar confusos.
Esto se debe a que muchas personas los consideran dispositivos lineales, cuando en realidad poseen un comportamiento no lineal que los hace mucho más versátiles que un simple interruptor de encendido/apagado.
Al igual que un instrumento musical tiene múltiples usos más allá de tocar notas, un diodo sirve para muchos propósitos más allá de simplemente encender y apagar la corriente eléctrica.
Echemos un vistazo a cómo funcionan los diodos para que comprenda cómo se pueden usar y qué propiedades únicas poseen que los convierten en piezas de circuitos electrónicos tan útiles.
¿Qué es un diodo?
Los diodos son derivaciones eléctricas unidireccionales.
Un diodo es un interruptor de dos vías controlado electrónicamente que permite que la corriente fluya en una dirección solo bajo ciertas condiciones.
Cuando la corriente fluye en una sola dirección a través de un diodo, sus dos "dedos" semiconductores están conectados entre sí.
Cuando la corriente fluye hacia el otro lado, los dos dedos están aislados entre sí y no fluye corriente.
Los diodos están hechos de dos materiales semiconductores que generalmente están dispuestos en forma de "sándwich" para bloquear el flujo de electrones en ambas direcciones.
Una pequeña cantidad de corriente bajo ciertas condiciones puede disipar su exceso de energía en forma de calor, lo que permite que los electrones fluyan a través del diodo en una dirección, incluso si el voltaje a través del diodo es mucho más alto que el voltaje aplicado al otro lado.
Debido a que la región activa del diodo solo permite que los electrones fluyan en una dirección, mientras que la región exterior impide que fluyan hacia atrás, se describe como una derivación eléctrica unidireccional.
Los diodos tienen terminales positivo y negativo.
Los dos extremos de un diodo están etiquetados con + y – para indicar que no tiene polaridad interna.
Cuando se aplica un voltaje a los extremos de un diodo, esto se denomina prueba de cortocircuito o "negativa".
Los diodos no están polarizados como el cableado eléctrico polarizado normal: los extremos se usan solo para probar y el medio del diodo es neutral ("sin polaridad") y está conectado a los elementos del circuito.
En electrónica, la terminal positiva de un diodo suele ser el ánodo y la terminal negativa es el cátodo.
Sin embargo, la convención no está grabada en piedra.
En algunos circuitos, la terminal negativa es el cátodo y la terminal positiva es el ánodo.
Por ejemplo, en un Circuito LED, el terminal negativo es el cátodo, pero en un circuito de batería, el terminal negativo es el ánodo.
Hay muchos tipos de diodos.
Hay muchos tipos diferentes de diodos disponibles para su uso en electrónica.
La mayoría de los diodos son de la variedad de semiconductores, pero también hay rectificadores, fotodiodos y transistores que funcionan como diodos.
Seleccionar el tipo adecuado de diodo para un circuito en particular es importante para obtener los resultados deseados.
Algunos tipos de diodos importantes incluyen: – Rectificadores rápidos: estos diodos conducen la electricidad muy rápidamente, lo que permite aplicaciones de alta frecuencia.
– Rectificadores estándar: estos diodos conducen la electricidad más lentamente, lo que permite aplicaciones de baja frecuencia.
– Rectificadores de barrera Schottky: estos diodos tienen un diodo Schottky incorporado que evita que se conduzcan hacia atrás.
– Fotodiodos: estos dispositivos convierten la luz en electricidad, lo que los hace útiles en aplicaciones de detección.
Los diodos tienen diferentes umbrales de voltaje, características y voltajes de ruptura
Aunque los diodos siguen siendo derivaciones eléctricas unidireccionales, normalmente tienen un voltaje de ruptura muy alto (superior a 1 megavoltio) y un umbral de voltaje de ruptura (voltaje reducido requerido para iniciar la ruptura) que los hacen adecuados para ciertos tipos de aplicaciones.
Estos parámetros de umbral dependen del tipo de diodo que se utilice y se pueden modificar para crear varios tipos de diodos.
Como ejemplo, un diodo rectificador rápido tiene un umbral de voltaje de ruptura de alrededor de 0.3 voltios.
Esto significa que si el voltaje a través del diodo es inferior a 0.3 voltios, el diodo no conducirá y el circuito permanecerá en su estado original.
Si el circuito intenta extraer más corriente y aumenta el voltaje a través del circuito, se alcanza el umbral de voltaje de ruptura del diodo y el diodo comienza a conducir corriente en la dirección opuesta.
Los diodos se pueden utilizar en aplicaciones lineales o no lineales
Una característica única de los diodos es que pueden usarse en aplicaciones lineales o no lineales.
Cuando se usa en aplicaciones lineales, el diodo se usa como interruptor.
En otras palabras, conduce corriente en una dirección dependiendo del voltaje aplicado al circuito.
Cuando se aplica un voltaje a través de un circuito, los electrones comienzan a fluir a través del diodo y el circuito recibe energía.
El diodo se puede considerar como un "interruptor unidireccional".
Cuando el circuito está alimentado, el diodo conduce la corriente y enciende el circuito.
Cuando no se aplica voltaje a través del circuito, el diodo no conduce y el circuito se apaga.
En aplicaciones no lineales, el diodo se utiliza para amplificar o aumentar la amplitud o la fuerza de una señal.
Por ejemplo, si un circuito usa una señal de baja frecuencia para controlar algo (como encender o apagar un motor), la señal puede apagar el circuito en sí.
Pero si la señal es lo suficientemente alta (como el tono de marcación de un teléfono o la música de una estación de radio), el diodo se puede usar para amplificar y encender el circuito, lo que permite que sea controlado por la señal de mayor frecuencia.
¿Cómo funcionan los diodos de alto voltaje?
Cuando se aplica un alto voltaje a través de un diodo, comienza a conducir.
Sin embargo, debido a que el voltaje es demasiado alto, los electrones atrapados dentro del diodo no pueden liberar su energía en cantidades suficientes para liberarse de su confinamiento.
Como resultado, el diodo conduce un poco, pero no lo suficiente para alimentar el circuito.
Cuando se aplica un voltaje bajo a las puertas de un par de transistores que controlan el voltaje aplicado a través de un circuito (llamado circuito de escalera), la señal puede pasar sin regulación.
Sin embargo, cuando hay muy poco voltaje en el circuito de escalera y los diodos no conducen suficiente corriente, la señal no puede pasar y el circuito se apaga.
Esto se puede usar para alimentar circuitos simples y puede ser útil para clasificadores, computadoras y temporizadores.
Cómo calcular el umbral de voltaje para un diodo
Suponga que conecta un diodo a una fuente de alimentación de 12 voltios y desea saber si conducirá (suministrará energía) a un voltaje bajo.
La ecuación para calcular el voltaje de ruptura (VOM) de un dispositivo semiconductor es la siguiente: en esta ecuación, "VOH" es el voltaje a través del dispositivo cuando se rompe, "VOHSC" es el voltaje de umbral del diodo cuando conduce, “I” es la corriente a través del diodo, “E” es el voltaje del campo eléctrico a través del diodo y “n” es el número de electrones en el diodo.
Para determinar el umbral de voltaje del diodo, debe conocer el voltaje de ruptura del diodo.
Puedes encontrar este valor usando la ecuación anterior.
El voltaje de ruptura de un diodo de unión pn de silicio típico es de 1.5 voltios.
Esto significa que cuando el voltaje a través del diodo es de 1.5 voltios, el diodo se romperá y comenzará a conducir corriente.