Os diodos son un dos dispositivos semicondutores máis comúns que se usan na actualidade nos equipos electrónicos.
Tamén son uns dos máis incomprendidos.
Despois de todo, os díodos adoitan denominarse "portas unidireccionais" ou "portas de roubo" cando se fala do seu funcionamento.
Cando un díodo é cortado da tensión externa, os electróns que hai quedan atrapados no seu interior e non poden escapar de novo.
Como tal, isto atrapa a corrente que flúe por esa parte particular do circuíto no interior sen saída, excepto polo terminal oposto ou o camiño de retorno (polo tanto, o nome non pasa por alto o nome).
Non obstante, cando se mencionan díodos xunto coa electrónica poden resultar confusos.
Isto débese a que moitas persoas pensan neles como dispositivos lineais, cando en realidade posúen un comportamento non lineal que os fai moito máis versátiles que un simple interruptor de encendido/apagado.
Do mesmo xeito que un instrumento musical ten múltiples usos máis alá de tocar notas, un díodo serve para moitos propósitos máis aló de conectar e desactivar a corrente eléctrica.
Vexamos como funcionan os díodos para que comprendas como se poden usar e que propiedades únicas posúen que os converten en pezas de circuítos electrónicos tan útiles.
Que é un diodo?
Os diodos son derivacións eléctricas unidireccionais.
Un díodo é un interruptor bidireccional controlado electrónicamente que permite que a corrente fluya nunha dirección só en determinadas condicións.
Cando a corrente flúe só nunha dirección a través dun díodo, os seus dous "dedos" semicondutores están conectados entre si.
Cando a corrente circula no outro lado, os dous dedos están illados un do outro e non circula ningunha corrente.
Os diodos están feitos de dous materiais semicondutores que normalmente se dispoñen de forma "sándwich" para impedir que os electróns flúen en ambas direccións.
Unha pequena cantidade de corrente en certas condicións pode disipar o seu exceso de enerxía en forma de calor, o que permite que os electróns fluyan a través do díodo nunha dirección, aínda que a tensión no díodo sexa moito maior que a tensión aplicada ao outro lado.
Dado que a rexión activa do díodo só permite que os electróns flúen nunha dirección mentres que a rexión exterior impide que volvan, descríbese como unha derivación eléctrica unidireccional.
Os diodos teñen terminais positivo e negativo
Os dous extremos dun díodo están rotulados con + e – para indicar que non ten polaridade interna.
Cando se aplica unha tensión aos extremos dun díodo, isto denomínase proba de curtocircuíto ou "negativa".
Os díodos non están polarizados como o cableado eléctrico polarizado normal: os extremos úsanse só para probas e o medio do díodo é neutro ("sen polaridade") e está conectado aos elementos do circuíto.
En electrónica, o terminal positivo dun díodo adoita ser o ánodo e o terminal negativo é o cátodo.
Non obstante, a convención non está gravada na pedra.
Nalgúns circuítos, o terminal negativo é o cátodo e o terminal positivo é o ánodo.
Por exemplo, nun Circuito LED, o terminal negativo é o cátodo, pero nun circuíto de batería, o terminal negativo é o ánodo.
Hai moitos tipos de diodos
Hai moitos tipos diferentes de díodos dispoñibles para o seu uso en electrónica.
A maioría dos díodos son da variedade de semicondutores, pero tamén hai rectificadores, fotodiodos e transistores que funcionan como díodos.
Seleccionar o tipo de díodo adecuado para un circuíto particular é importante para obter os resultados desexados.
Algúns tipos de díodos importantes inclúen: – Rectificadores rápidos: estes díodos conducen a electricidade moi rapidamente, o que permite aplicacións de alta frecuencia.
– Rectificadores estándar: estes díodos conducen a electricidade máis lentamente, permitindo aplicacións de baixa frecuencia.
– Rectificadores de barreira Schottky: estes díodos teñen incorporado un díodo Schottky que impide que conduzan cara atrás.
– Fotodiodos: estes dispositivos converten a luz en electricidade, o que os fai útiles en aplicacións de detección.
Os diodos teñen diferentes limiares de tensión, características e tensións de avaría
Aínda que os díodos seguen sendo derivacións eléctricas unidireccionais, normalmente teñen unha tensión de avaría moi alta (maior de 1 megavoltio) e un limiar de tensión de avaría (tensión diminuída necesaria para iniciar a avaría) que os fan axeitados para certos tipos de aplicacións.
Estes parámetros de limiar dependen do tipo de díodo que se utilice e pódense modificar para crear varios tipos de díodos.
Como exemplo, un díodo rectificador rápido ten un limiar de tensión de ruptura duns 0.3 voltios.
Isto significa que se a tensión no díodo é inferior a 0.3 voltios, o díodo non conducirá e o circuíto permanecerá no seu estado orixinal.
Se o circuíto tenta obter máis corrente e aumenta a tensión a través do circuíto, cúmprese o limiar de tensión de avaría do díodo e o díodo comeza a conducir corrente na dirección oposta.
Os diodos pódense utilizar en aplicacións lineais ou non lineais
Unha característica única dos díodos é que poden usarse en aplicacións lineais ou non lineais.
Cando se usa en aplicacións lineais, o díodo úsase como interruptor.
Noutras palabras, conduce a corrente nunha dirección dependendo da tensión aplicada ao circuíto.
Cando se aplica unha tensión nun circuíto, os electróns comezan a fluír polo díodo e o circuíto é alimentado.
O díodo pódese pensar como un "interruptor unidireccional".
Cando o circuíto está alimentado, o díodo conduce a corrente, acendendo o circuíto.
Cando non se aplica tensión no circuíto, o díodo non conduce e o circuíto está apagado.
En aplicacións non lineais, o díodo úsase para amplificar ou aumentar a amplitude ou a intensidade dun sinal.
Por exemplo, se un circuíto usa un sinal de baixa frecuencia para controlar algo (como acender ou apagar un motor), o propio circuíto pode ser apagado polo sinal.
Pero se o sinal é o suficientemente alto (como o ton de marcación dun teléfono ou a música dunha estación de radio), o díodo pódese usar para amplificar e activar o circuíto, permitindo que sexa controlado polo sinal de frecuencia máis alta.
Como funcionan os diodos de alta tensión?
Cando se aplica unha alta tensión en a diodo, comeza a conducir.
Non obstante, debido a que a tensión é demasiado alta, os electróns atrapados dentro do díodo non poden liberar a súa enerxía en cantidades suficientes para liberarse do seu confinamento.
Como resultado, o díodo conduce un pouco, pero non o suficiente para alimentar o circuíto.
Cando se aplica unha baixa tensión ás portas dun par de transistores que controlan a tensión aplicada nun circuíto (chamado circuíto de escaleira), o sinal permítese pasar sen regulación.
Non obstante, cando hai moi pouca tensión no circuíto da escaleira e os díodos non conducen a corrente suficiente, non se permite o paso do sinal e o circuíto está apagado.
Isto pódese usar para alimentar circuítos sinxelos e pode ser útil para clasificadores, ordenadores e temporizadores.
Como calcular o limiar de tensión dun diodo
Supoña que conecta un díodo a unha fonte de enerxía de 12 voltios e quere saber se conducirá (proporcionará enerxía) a baixa tensión.
A ecuación para calcular a tensión de avaría (VOM) dun dispositivo semicondutor é a seguinte: Nesta ecuación, "VOH" é a tensión no dispositivo cando se avaría, "VOHSC" é a tensión de limiar do díodo cando conduce, "I" é a corrente a través do díodo, "E" é a tensión do campo eléctrico a través do díodo e "n" é o número de electróns no díodo.
Para determinar o limiar de tensión do díodo, cómpre coñecer a tensión de ruptura do díodo.
Podes atopar este valor usando a ecuación anterior.
A tensión de ruptura dun díodo de unión pn de silicio típico é de 1.5 voltios.
Isto significa que cando a tensión no díodo é de 1.5 voltios, o díodo romperá e comezará a conducir corrente.