Electronica

Marco Teórico

DIODO

El diodo es el dispositivo semiconductor más sencillo.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio y de germanio, tienen un ánodo y un cátodo.

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una barrera.

Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.7 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

DIODOS

Diodos semiconductores de silicio de diferentes tipos y. tamaños, identificados en el circuito impreso de este. dispositivo electrónico con las letras “D” (para diodos con. funciones diferentes) y “DZ” (para el diodo Zener).

Un diodo semiconductor de estado sólido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio (Si) de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento químico tetravalente por estar compuesto por átomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario “doparlos” durante el proceso de producción del diodo, añadiéndole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a átomos de otros elementos químicos (también semiconductores), pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarán el diodo, con sus correspondientes polaridades.

Para fabricar un diodo, primeramente uno de los cristales de silicio se dopa añadiéndole, como impureza, un elemento químico de valencia +3 (trivalente) como el galio (Ga), por ejemplo. Al final del proceso se obtiene un semiconductor “tipo-p”, con polaridad positiva (P), que presentará defecto o falta de electrones en la última órbita de los átomos de galio añadidos como impurezas. En esas órbitas se formarán “huecos” en aquellos lugares que debían estar ocupados por los electrones faltantes.

A continuación, el otro cristal de silicio, que inicialmente es igual al empleado en el proceso anterior, se dopa también durante el proceso de fabricación del diodo, pero añadiéndole esta vez impurezas pertenecientes a átomos de otro elemento químico también semiconductor, pero de valencia +5 (pentavalente) como, por ejemplo, antimonio (Sb). Una vez finalizado este otro proceso de dopado se obtiene un semiconductor “tipo-n”, con polaridad negativa (N), caracterizado por presentar exceso de electrones libres en la última órbita de los átomos de antimonio añadidos como impurezas.

CARACTERÍSTICAS DE LOS DIODOS

La forma de funcionamiento de un diodo común de silicio se puede apreciar observando la curva característica que se crea cuando se polariza, bien de forma directa, o bien de forma inversa. En ambos casos la curva gráfica (representada en color verde en el siguiente gráfico) muestra la relación existente entre la corriente y la tensión o voltaje que se aplicada a los terminales del diodo.

En este gráfico correspondiente a la curva característica de un diodo de silicio, se puede observar un eje horizontal “x” y otro vertical “y” que se intersectan en el centro. En ese punto el valor del voltaje y de la intensidad de la corriente es igual a “0” volt. El eje vertical “y” muestra hacia arriba su parte positiva (+y) correspondiente al valor que puede alcanzar la intensidad de la corriente (Id) que atraviesa al diodo cuando se polariza directamente, mientras que hacia abajo su parte negativa (-y) muestra cuál será su comportamiento cuando se polariza de forma inversa (Ii). El eje horizontal “x” muestra hacia la derecha, en su parte positiva (+x), el incremento del valor de la tensión o voltaje que se aplicada al diodo en polarización directa (Vd). Hacia la izquierda del propio eje se encuentra la parte negativa (–x), correspondiente al incremento también del valor de la tensión o voltaje, pero en polarización inversa (Vi)

Si a un diodo común de silicio le aplicamos una tensión o voltaje (Vd) para polarizarlo directamente, partiendo de “0” volt (punto de intersección de los ejes de las coordenadas), se puede observar en el gráfico que hasta tanto no se alcanzan los 0,7 volt sobre el eje “+x”, el valor de la corriente (Id) no indica ninguna variación debido a la resistencia que, por debajo de ese voltaje, ofrece la “barrera de potencial” al flujo de los electrones en el punto de unión "p-n". Sin embargo, a partir de los 0,7 volt un pequeño incremento en el valor de la tensión, originará un enorme flujo de intensidad de corriente, tal como se puede apreciar en el gráfico, representado por la curva de color verde (paralela al eje “+y”), en la parte correspondiente a la “región de polarización directa” del diodo. (Como ya se mencionó anteriormente, a diferencia del diodo de silicio (Si), un diodo de germanio (Ge) sólo requiere 0,3 volt de polarización directa para que comience a conducir la corriente).

Ahora bien, si el diodo se polariza de forma inversa aplicándole una tensión o voltaje inverso a partir de “0” volt y siguiendo el eje –x, vemos que aunque incrementemos el valor de esa tensión, la corriente (Ii) no muestra variación alguna, excepto en un punto donde se produce una pequeñísima “corriente de fuga” de unos pocos microamper. A partir de ese momento si continuamos incrementando el valor de la tensión se llega al punto de “ruptura inversa”, (codo de la curva de color verde), donde el aislamiento de la unión "p-n" se rompe originándose un flujo de corriente, de valor tan alto, que destruye el diodo y lo hace inservible.

No obstante, existe un diodo de silicio, denominado “zener”, que, contrariamente a lo ya explicado, emplea para su funcionamiento la polarización inversa. Debido a su construcción especial tiene la propiedad de estabilizar la tensión o voltaje inverso cuando llega al punto de ruptura y alcanza la región de avalancha (denominada también “región zener”). De esa forma el alto valor del flujo de corriente que se origina a partir de ese punto lo aprovecha este diodo para reducir el valor de la tensión sin que llegue a destruirse como ocurriría con otro diodo común. Por tanto, mientras otros tipos de diodos de silicio o de germanio tienen que operar necesariamente por debajo de la tensión de ruptura inversa, el diodo zener puede soportar esa tensión de operación. Debido a esa característica este diodo se emplea, comúnmente, como regulador de tensión o voltaje en los circuitos electrónicos.

Otro diodo que funciona en polarización inversa es el denominado “varicap” o “varistor”, que se emplea para sintonizar las emisiones de radio y de televisión en los radiorreceptores y los televisores domésticos en sustitución del antiguo capacitor variable mecánico.

DIODOS RECTIFICADORES

El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente:

En la zona directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de codo (0.5-0.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la tensión inversa de disrupción (zona nversa) se produce un aumento drástico de la corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.

Este diodo tiene un amplio mrgen de aplicaciones: circuitos rectificadores, limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores, mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovolcaicas, etc..

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el fabricante):

1. La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR máx o VR máx, respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres veces) que la máxima que este va a soportar.

2. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al componente, repetitiva o no (IFRM máx e IF máx respectivamente), he de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

3.La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

Un diodo rectificador es uno de los dispositivos de la familia de los diodos más sencillos. El nombre diodo rectificador” procede de su aplicación, la cual consiste en separar los ciclos positivos de una señal de corriente alterna.

Si se aplica al diodo una tensión de corriente alterna durante los medios ciclos positivos, se polariza en forma directa; de esta manera, permite el paso de la corriente eléctrica.

Pero durante los medios ciclos negativos, el diodo se polariza de manera inversa; con ello, evita el paso de la corriente en tal sentido.

Durante la fabricación de los diodos rectificadores, se consideran tres factores: la frecuencia máxima en que realizan correctamente su función, la corriente máxima en que pueden conducir en sentido directo y las tensiones directa e inversa máximas que soportarán.

Una de las aplicaciones clásicas de los diodos rectificadores, es en las fuentes de alimentación; aquí, convierten una señal de corriente alterna en otra de corriente directa.

Rectificador de media onda

Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. Este rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura:

Las gráficas que más nos interesan son:

Durante el semiciclo positivo de la tensión del primario, el bobinado secundario tiene una media onda positiva de tensión

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