Un diodo es el dispositivo semiconductor más básico. Sin embargo, tiene un sinfín de aplicaciones. En la electrónica de semiconductores, la unión p-n como diodo básico sirve como base para todos los demás componentes semiconductores sofisticados y su diseño. Los principios de diseño que se aplican a un diodo semiconductor son los mismos que se aplican a los transistores y otros componentes.
Curiosamente, cuando definimos cualquier componente electrónico, la definición normalmente no se basa en su construcción. En cambio, cualquier componente electrónico se define por su comportamiento eléctrico único. Siguiendo la misma convención, podemos definir un diodo como un interruptor unidireccional de dos terminales controlado por voltaje. A menudo, el término diodo se refiere a un diodo semiconductor. Un diodo semiconductor no es el único dispositivo de diodo. Hay muchos tipos diferentes de diodos y muchos de ellos son diodos semiconductores especialmente diseñados para tener propiedades físicas o eléctricas específicas. También hay diodos que no son una simple unión p-n y tienen una construcción y diseño diferentes. En este artículo, veremos brevemente los distintos diodos.
Diodos de pequeña señal
Los diodos de señal pequeña son diodos semiconductores de uso general con una pequeña capacidad de carga de corriente. Estos diodos generalmente están hechos de silicio o germanio y están diseñados para servir aplicaciones de alta frecuencia y corriente pequeña. Los diodos de señal pequeños son más pequeños que los diodos rectificadores típicos y, a menudo, están recubiertos de vidrio para protegerlos de la contaminación. Por eso también se les conoce como Diodos de Vidrio Pasivados . El terminal catódico del diodo está indicado por una franja roja o negra en un lado. Dado que estos diodos tienen una capacidad de carga de corriente mínima, su potencia también es muy baja. Un pequeño diodo de señal con una corriente nominal de 150 mA puede tener sólo 500 mW de potencia nominal. Los diodos de pequeña señal se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia o pulsantes y de baja corriente, como radio, televisión, circuitos lógicos digitales, circuitos cortapelos y de sujeción, conmutación de alta velocidad y amplificadores paramétricos. Las características importantes a tener en cuenta en la hoja de datos de un diodo de señal pequeño son el voltaje inverso máximo, la corriente inversa, la corriente directa pico, el voltaje directo máximo y el tiempo de recuperación inversa.
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Diodos de señal grandes/diodos rectificadores
Los diodos de señal grandes se diferencian de los diodos de señal pequeños en el área de su unión p-n. Los diodos de señal grandes tienen un área de unión p-n grande. Esto aumenta la capacidad de carga de corriente así como el voltaje inverso máximo. Tienen una relación de resistencia directa a resistencia inversa muy baja, siendo la resistencia directa típicamente de unos pocos ohmios, mientras que la resistencia inversa está en megaohmios. Por este motivo estos diodos no son adecuados para circuitos de alta frecuencia. Tienen una clasificación PIV grande, una resistencia directa pequeña y una gran capacidad de transporte de corriente. Generalmente se utilizan para la rectificación de voltaje de CA a CC o para suprimir voltajes pico altos. De hecho, los diodos de señal grande son principalmente diodos rectificadores.
Los diodos de señal pequeños y grandes tienen el mismo símbolo que un diodo genérico.
diodo Zener
Los diodos Zener son diodos semiconductores diseñados con un fuerte dopaje para utilizar la descomposición Zener en su funcionamiento. Cuando un diodo normal recibe un voltaje inverso mayor que su clasificación PIV, se daña permanentemente y se abre el circuito. Por otro lado, debido al fuerte dopaje, cuando se aplica un diodo Zener con un voltaje inverso superior a su "voltaje Zener", comienza a conducir corriente en dirección inversa sin sufrir daños debido a la ruptura Zener y la avalancha. Un diodo Zener tiene una avería controlada en la región inversa. Conduce corriente por encima de un "voltaje Zener". Se utiliza principalmente como rectificador de voltaje en aplicaciones de CC. Muchos diodos Zener tienen un voltaje Zener en el rango de 2V a 200V. Estos diodos también se utilizan como diodos de protección en diversos circuitos semiconductores.
El diodo Zener tiene el siguiente símbolo.
Diodo emisor de luz
Los diodos emisores de luz son diodos especiales que emiten luz visible cuando están polarizados en directa. En polarización inversa, como un diodo normal, se encuentran en un estado no conductor y no emiten luz. Se trata de diodos semiconductores fabricados a partir de arseniuro de galio y sustratos semiconductores similares con una banda prohibida de alta energía entre sus bandas de conducción y valencia. Debido a la banda prohibida de alta energía, cuando los electrones y los huecos se combinan cerca de la unión p-n, la energía irradiada se presenta en forma de luz visible o infrarroja en lugar de calor.
Hay muchos tipos diferentes de LED. Suelen clasificarse por la luz que transmiten. Por ejemplo, los LED IR son diodos emisores de luz que emiten luz en la región infrarroja. Los LED de diferentes colores tienen diferentes sustratos semiconductores, voltaje de encendido y tensiones nominales inversas. Los LED se utilizan en aplicaciones de CA y CC. Es importante tener en cuenta el voltaje directo máximo, la clasificación PIV y la corriente directa máxima de un LED antes de usarlo como aplicación. Los LED son bastante sensibles y pueden dañarse fácilmente. Las clasificaciones PIV de los LED, al igual que los diodos de señal, generalmente son de decenas de voltios, mientras que el voltaje directo máximo es de solo unos pocos voltios.
Los LED tienen el siguiente símbolo.
diodo Schottky
Los diodos Schottky son diferentes de los típicos diodos pn. Un diodo Schottky se construye formando una unión entre un material semiconductor tipo N y un metal como platino, cromo o tungsteno. Debido a la unión metal-semiconductor, estos diodos tienen una alta capacidad de transporte de corriente y un tiempo de conmutación rápido. La unión metálica también reduce el voltaje de activación y mejora la eficiencia energética del diodo. Debido a todos estos beneficios, los diodos Schottky se utilizan para aplicaciones de rectificación y conmutación de alta frecuencia.
Un diodo Schottky tiene el siguiente símbolo.
diodo shockley
Así como un diodo genérico tiene dos capas, el diodo Shockley tiene cuatro. También se le llama diodo PNPN. Es similar a un tiristor sin terminal de puerta. Se identifica como diodo porque tiene sólo dos terminales y hay dos estados eléctricos del dispositivo: conductor y no conductor. Puede entrar en un estado conductor sólo cuando se le aplica un voltaje directo. Un diodo PNPN es básicamente un transistor PNP y un transistor NPN acoplados entre sí. El otro transistor conduce cuando hay suficiente voltaje para polarizar el primero. Por lo tanto, un diodo PNPN requiere un voltaje directo suficiente para entrar en un estado conductor. Si el voltaje directo cae o se aplica voltaje inverso, el Shockley entrará en un estado no conductor. En el estado conductor, el diodo Shockley se considera "ENCENDIDO", mientras que en el estado no conductor se considera "APAGADO". Las dos aplicaciones más comunes del diodo Shockley son los interruptores de activación para SCR y el oscilador de relajación o el oscilador de diente de sierra. Estos diodos se utilizan en circuitos amplificadores de audio.
A continuación se muestra el símbolo eléctrico del diodo Shockley.
Diodo de túnel
Los diodos túnel son diodos semiconductores fuertemente dopados, 1.000 veces más que un diodo de señal grande. Estos diodos utilizan un fenómeno cuántico llamado túnel resonante. Estos diodos exhiben una extraña resistencia negativa en sus características directas. Cuando está polarizada directamente, la corriente aumenta con el voltaje y alcanza un pico. Esto se llama corriente máxima y el voltaje en este punto se llama voltaje máximo. Luego, a medida que aumenta el voltaje, la corriente disminuye y cae a un punto bajo llamado corriente de valle. El voltaje en este punto se llama voltaje de valle. Al aumentar el voltaje aplicado más allá del voltaje del valle, la corriente aumenta exponencialmente sin ninguna caída adicional. Estos diodos tienen un tiempo de conmutación muy rápido, del orden de nanosegundos. Su respuesta transitoria está limitada únicamente por la capacitancia de la unión y la capacitancia del cable parásito. Los diodos túnel se utilizan como interruptores de alta velocidad en amplificadores y osciladores de microondas. Es posible sintonizar estos diodos tanto eléctrica como mecánicamente.
A continuación se muestra el símbolo eléctrico del diodo túnel.
Diodo varador
Los diodos varactor funcionan como un condensador variable, por lo que estos diodos también se denominan diodos varicap. Están conectados mediante polarización inversa en un circuito de voltaje constante. Su especialidad es que su capa de agotamiento se puede aumentar o disminuir variando el voltaje inverso aplicado. El cambio en la capa de agotamiento cambia la capacitancia del diodo. La capacitancia de un diodo varactor puede variar a valores muy altos. Estos diodos se utilizan en osciladores controlados por voltaje, condensadores controlados por voltaje, multiplicadores de frecuencia, amplificadores paramétricos, bucles de bloqueo de fase y transmisores de FM.
El diodo Varactor tiene el siguiente símbolo eléctrico.
diodo láser
Los diodos láser son un tipo de diodo emisor de luz. El acrónimo "láser" significa Amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación. La unión PN de un diodo láser tiene extremos pulidos. Cuando está polarizada directamente, la unión emite fotones y luego los fotones emitidos se reflejan hacia adelante y hacia atrás entre los extremos pulidos del diodo. Como resultado, se generan más pares electrón-hueco. Su recombinación produce más fotones en fase con el fotón anterior. Esto conduce a la generación de un haz de lápiz desde la región semiconductora del diodo, monocromático y monofásico. El rayo láser emitido puede estar en la región visible o infrarroja. Estos diodos también se conocen como láseres de inyección, semiconductores y diodos. Los diodos láser se utilizan en comunicaciones de fibra óptica, impresoras láser, lectores de discos ópticos, sistemas de detección de intrusos, aplicaciones de control remoto y lectores de códigos de barras.
Un diodo láser tiene el siguiente símbolo eléctrico.
Diodo de recuperación de paso/ diodo instantáneo
Los diodos de recuperación escalonada o diodos instantáneos están diseñados para funcionamiento de alta frecuencia. También se les llama diodos de ruptura y diodos de almacenamiento de carga. Estos diodos se utilizan en multiplicadores de orden superior y circuitos de formación de pulsos. Cuando se les aplica una señal sinusoidal, almacenan carga en el pulso positivo y utilizan esa carga en el pulso negativo. El tiempo de subida del pulso actual sigue siendo el mismo que el tiempo de ajuste. Por eso se les llama diodos de recuperación escalonada. La frecuencia de corte de estos diodos varía entre 200 y 300 GHz. Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, mejor será su eficiencia.
A continuación se muestra el símbolo eléctrico del diodo de recuperación escalonado.
diodo gunn
Los diodos Gunn están diseñados únicamente con material semiconductor tipo n. Dos materiales de tipo n se unen para formar una región de agotamiento entre ellos. La región de agotamiento de los materiales tipo n es muy pequeña. Cuando se aplica un voltaje directo, la corriente aumenta y alcanza un nivel máximo. Luego, a medida que el voltaje directo aumenta aún más, la corriente comienza a disminuir exponencialmente. Esto se llama resistencia diferencial negativa. Los diodos Gunn también se denominan dispositivos de transferencia de electrones. En estado conductor, estos producen señales de RF de microondas. Los diodos Gunn se utilizan en amplificadores de microondas.
A continuación se muestra el símbolo eléctrico del diodo Gunn.
diodo PIN
Los diodos PIN tienen una capa de material intrínseco entre el material tipo p y tipo n. En polarización directa, se inyectan electrones y huecos en la capa intrínseca de material tipo p y tipo n, respectivamente. La presencia de una capa intrínseca aumenta la capa de agotamiento y produce un campo eléctrico entre el material tipo p y tipo n. La corriente fluye a través del diodo debido a este campo eléctrico. El aumento de la capa de agotamiento disminuye la capacitancia del diodo al tiempo que aumenta la velocidad de respuesta. También aumenta la región fotosensible del diodo. Los diodos PIN se utilizan en aplicaciones de alta velocidad y alta sensibilidad, como fotodetectores, interruptores de RF y atenuadores.
Un diodo PIN tiene el siguiente símbolo eléctrico.
fotodiodo
Los fotodiodos son diodos semiconductores diseñados para producir una corriente eléctrica en respuesta a la irradiación de luz visible, infrarroja y ultravioleta. El diodo tiene un material delgado tipo p y un material no tipo fuertemente dopado. Hay una estrecha región de agotamiento entre ellos, que está expuesta a la luz a través de material tipo p. Debido al diseño del diodo, la exposición a la luz provoca la formación de un gran número de pares de huecos de electrones en la región de agotamiento. Los electrones y los huecos se difunden en materiales tipo n tipo p debido al campo eléctrico incorporado que produce una corriente eléctrica desde el ánodo (material tipo p expuesto a la luz) al cátodo (contacto metálico).
Un fotodiodo tiene el siguiente símbolo eléctrico.
Célula solar
Las células solares son simplemente fotodiodos optimizados para suministrar energía a una carga. Funcionan en modo fotovoltaico. El voltaje a través de la resistencia de carga hace que la célula solar se polarice hacia adelante. Hay muchos tipos diferentes de células solares según el material de construcción y el diseño. Las células solares de silicio son las más populares. Otros materiales utilizados para construir células solares incluyen silicio policristalino, telururo de cadmio y diseleniuro de cadmio, indio y galio.
Una célula solar, también conocida como célula fotovoltaica, tiene el siguiente símbolo eléctrico.
Diodo IMPATT
El diodo de tiempo de tránsito de avalancha de impacto se llama diodo IMPATT. Estos diodos se utilizan para generar radiofrecuencias de alta potencia en el rango de 3 a 100 GHz. Estos diodos están conectados en polarización inversa en un circuito oscilador. Debido al efecto de avalancha, producen una gran cantidad de corriente más allá del voltaje inverso máximo. En un circuito oscilador, la corriente que pasa por el diodo IMPATT va por detrás del voltaje. Debido al efecto de resistencia negativa y al circuito resonante, el diodo produce ondas de radio de alta potencia.
El diodo IMPATT tiene el mismo símbolo eléctrico que el diodo genérico.
Diodo de corriente constante
Los diodos de corriente constante también se conocen como diodos limitadores de corriente y diodos reguladores de corriente. Estos se utilizan como reguladores actuales. Tienen una construcción similar a un JFET, pero son un dispositivo de dos terminales. Un diodo de corriente constante tiene características sencillas en las que inicialmente la corriente aumenta exponencialmente como un diodo normal. Luego, más allá de un punto de ajuste actual, la corriente se satura. El diodo alcanza la saturación de corriente al dejar caer más voltaje a través de él. Los diodos de corriente constante se utilizan en la carga de baterías, circuitos de suministro de energía y circuitos de diodos láser.
Un diodo de corriente constante tiene el siguiente símbolo eléctrico.
diodo de potencia
Los diodos de potencia son diodos de señal grandes. Se utilizan específicamente para la rectificación de voltaje. El parámetro más importante de los diodos de potencia es la clasificación PIV. La clasificación PIV de los diodos de potencia suele oscilar entre 50 V y 1000 V. La corriente directa máxima y la relación entre la resistencia directa y la resistencia inversa son otros dos factores importantes que deben verificarse en la hoja de datos de un diodo de potencia.
Un diodo de potencia tiene el mismo símbolo que un diodo genérico.
Diodo de contacto puntual
Los diodos de contacto puntual se utilizan para detectar señales de alta frecuencia. Se producen creando una unión PN entre un alambre de oro o tungsteno y un material de germanio tipo n. El cable dorado permite que pase una alta corriente a través de la unión. Las características directas de este diodo son similares a las de un diodo normal; sin embargo, en polarización inversa, el diodo actúa como aislante. Esto hace que el diodo funcione como un condensador en condiciones de polarización inversa y bloquee la CC mientras pasa una señal de CA de alta frecuencia. El cuerpo del diodo está encerrado en una carcasa de vidrio.
El diodo de contacto puntual tiene el mismo símbolo que el diodo genérico.
Rectificador controlado por silicio
Un rectificador controlado por silicio (SCR) es similar a un diodo Shockley con un terminal de puerta adicional. Las características directas e inversas de un SCR son similares a las de un diodo, excepto que entra en un estado conductor en la región directa cuando se activa la puerta. Se utilizan principalmente en aplicaciones de control de potencia.
El rectificador controlado por silicio tiene el siguiente símbolo eléctrico.
diodo de cristal
Los diodos de cristal son similares a los diodos de contacto puntual. También se les conoce como bigote de gato. Se diseñan presionando un cable metálico contra un cristal semiconductor. Su uso se limita a detectores y receptores de microondas.
El diodo de cristal tiene el mismo símbolo eléctrico que el diodo genérico.
Diodo de supresión de voltaje transitorio
Los diodos de supresión de tensión transitoria son similares a los diodos Zener. Se utilizan para sujetar voltajes transitorios y están diseñados para ofrecer baja impedancia en respuesta a un voltaje transitorio, ingresando inmediatamente a la región de ruptura de avalancha. El tiempo de respuesta del diodo está en picosegundos. Estos diodos están diseñados para tener un voltaje de sujeción mínimo. Los diodos de supresión de voltaje se utilizan en una variedad de aplicaciones, principalmente relacionadas con el procesamiento de señales o la comunicación de datos.
Los diodos supresores de tensión tienen el siguiente símbolo eléctrico.
Diodo de súper barrera
Los diodos de superbarrera se utilizan como diodos rectificadores. Están diseñados para tener un voltaje directo bajo, como un diodo Schottky, y una corriente de fuga inversa baja, como un diodo normal. Estos diodos tienen tiempos de conmutación rápidos y pueden manejar alta potencia con pérdidas mínimas.
El diodo de superbarrera tiene el mismo símbolo eléctrico que el diodo Schottky.
diodo de avalancha
Los diodos de avalancha funcionan según el principio de ruptura de avalancha. Están diseñados para tener un voltaje de ruptura inverso preciso. Estos diodos se utilizan en aplicaciones de radio y microondas.
Un diodo de avalancha tiene el siguiente símbolo eléctrico.
diodo peltier
Los diodos Peltier están diseñados para tener una unión de dos materiales. En estos diodos, hay un flujo de calor en una sola dirección a lo largo de la dirección del flujo de corriente. Estos diodos se utilizan como sensores y motores térmicos en aplicaciones de calefacción y refrigeración.
Diodos dopados con oro
En estos diodos se utiliza oro como dopante. Estos diodos son más rápidos que los diodos de señal y también tienen una baja corriente de fuga inversa.
Diodos de vacío
Este es el tubo de vacío más simple con dos electrodos: cátodo y ánodo. El cátodo emite electrones y el ánodo los recoge. Estos diodos tienen una alta clasificación de voltaje inverso. Se utilizan en audiófilos, amplificadores, emisión de electrones de campo, pantallas fluorescentes y rectificadores.
El diodo de vacío tiene el siguiente símbolo eléctrico.