Si se ha embarcado en proyectos electrónicos en el pasado, existe una buena posibilidad de que ya haya encontrado este componente común y se haya soldado a su circuito sin pensarlo dos veces. Los diodos son valiosos en electrónica y sirven para una variedad de propósitos, que se destacarán en los próximos pasos.

Primero, ¿qué es un diodo?

Un diodo es un dispositivo semiconductor, que permite que la corriente fluya en una dirección pero no en la otra.

Un semiconductor es un tipo de material, en este caso silicio o germanio, cuyas propiedades eléctricas se encuentran entre las de los conductores (metales) y los aislantes (vidrio, caucho). Considere la conducción: es una medida de la relativa facilidad con la que los electrones se mueven a través de un material. Por ejemplo, los electrones se mueven fácilmente a través de un trozo de alambre de metal. Puede cambiar el comportamiento de un material puro, como el silicio, y convertirlo en un semiconductor mediante dopaje . En el dopaje, se mezcla una pequeña cantidad de impureza en la estructura cristalina pura.

Los tipos de impurezas añadidas al silicio puro se pueden clasificar como tipo N o tipo P.

• Tipo N: con el dopaje tipo N, se agrega fósforo o arsénico, en partes por mil millones, al silicio en pequeñas cantidades. El fósforo y el arsénico tienen cinco electrones externos, por lo que se desplazan cuando entran en la red de silicio. El quinto electrón no tiene nada con lo que unirse, por lo que es libre de moverse. Solo se necesita una cantidad muy pequeña de impureza para crear suficientes electrones libres para permitir que una corriente eléctrica fluya a través del silicio. Los electrones tienen una carga negativa, de ahí el nombre de tipo N.

• Tipo P: en el dopaje tipo P, se agrega boro o galio al silicio puro. Esos elementos tienen cada uno tres electrones externos. Cuando se mezclan con la estructura de silicio, forman "agujeros" en la red donde un electrón de silicio no tiene nada a lo que unirse. La ausencia de un electrón crea el efecto de una carga positiva, de ahí el nombre de tipo P. Los agujeros pueden conducir la corriente. Un agujero acepta felizmente un electrón de un vecino, moviendo el agujero sobre un espacio.

Los diodos están hechos de dos capas de material semiconductor dopadas de manera diferente que forman una unión PN . El material tipo P tiene un excedente de portadores de carga positiva (agujeros) y el tipo N, un excedente de electrones. Entre estas capas, donde se encuentran los materiales de tipo P y tipo N, se combinan agujeros y electrones, con electrones excedentes que se combinan con agujeros en exceso para cancelarse entre sí, por lo que se crea una capa delgada que no tiene portadores de carga positiva ni negativa. Esto se llama la capa de agotamiento.

No hay portadores de carga en esta capa de agotamiento y no puede fluir corriente a través de ella. Pero cuando se aplica un voltaje a través de la unión, de modo que el ánodo tipo P se vuelve positivo y el cátodo tipo N negativo, los agujeros positivos son atraídos a través de la capa de agotamiento hacia el cátodo negativo, también los electrones negativos son atraídos hacia el ánodo positivo y la corriente fluye.

Piense en un diodo como una calle de un solo sentido para la electricidad. Cuando el diodo está en polarización directa, el diodo permite que el tráfico, o corriente, fluya desde el ánodo hacia la pata del cátodo. En una polarización inversa, la corriente se bloquea para que no haya flujo de electricidad a través del circuito. Cuando la corriente fluye a través de un diodo, el voltaje en el tramo positivo es más alto que en el tramo negativo, esto se llama caída de voltaje directo del diodo. La severidad de la caída de voltaje es una función del material semiconductor del que está hecho el diodo. Cuando el voltaje a través del diodo es positivo, puede fluir mucha corriente una vez que el voltaje se vuelve lo suficientemente grande. Cuando el voltaje a través del diodo es negativo, prácticamente no fluye corriente.

Paso 1: diferentes usos para diferentes diodos.

Hay muchos tipos diferentes de diodos, y cada uno tiene un propósito diferente como componente electrónico.

Un diodo emisor de luz o LED es probablemente el más conocido y el más fácil de identificar. El LED emite luz visible cuando los electrones saltan a través de la unión PN. La luz resultante se conoce como electroluminiscencia.

Los fotodiodos se conducen solo cuando están expuestos a la luz. Estos pueden ser útiles para realizar proyectos con un interruptor activado por luz, de modo que un circuito solo esté activo en presencia de luz.

Los diodos Zener están diseñados para conducir en la dirección inversa, solo cuando se alcanza algo llamado voltaje de ruptura, el circuito conducirá. Estos se marcan con tolerancias precisas, consulte la sección sobre Diodos Zener en el paso 3.

Los diodos rectificadores están diseñados para evitar que la electricidad fluya en la dirección incorrecta. Los diodos a veces se conocen como rectificadores por su uso para rectificar la electricidad de corriente alterna en corriente continua, al eliminar la porción negativa de la corriente.

Los diodos Schottky están diseñados para encenderse y apagarse muy rápidamente cuando se alcanza el voltaje de ruptura, respondiendo rápidamente en circuitos digitales. Cuando la corriente fluye a través de un diodo, hay una caída de voltaje muy pequeña a través de los terminales. Los diodos de silicio tienen una caída de voltaje o pérdida; una caída de voltaje de diodo Schottky es significativamente menor. Esta menor caída de voltaje permite una mayor velocidad de conmutación y una mejor eficiencia del sistema.

Los diodos se pueden usar de varias maneras, como para proteger un circuito sensible a la corriente. Es probable que un dispositivo que usa baterías contenga un diodo que lo protege cuando la batería se inserta incorrectamente. El diodo evitará que la corriente invertida viaje desde la batería al resto del circuito; por lo tanto, el diodo protege los componentes electrónicos sensibles dentro de su circuito.

En los próximos pasos, encontrará información sobre algunos de los tipos de diodos más utilizados.

Paso 2: diodo emisor de luz

Un diodo emisor de luz o LED se ilumina cuando está polarizado eléctricamente en la dirección hacia adelante. Este efecto es una forma de electroluminiscencia.

Un LED es un tipo especial de diodo semiconductor. Los portadores de carga son creados por una corriente eléctrica que pasa a través de la unión pn y liberan energía en forma de fotones a medida que se recombinan. La longitud de onda de la luz, y por lo tanto su color, está dictada por los materiales que forman la unión pn, elementos que doparon el material puro. Un diodo normal, emite luz invisible de infrarrojo lejano, pero los materiales utilizados para un LED tienen energías de banda prohibida correspondientes a la luz infrarroja cercana, visible o ultravioleta cercana.



A diferencia de las bombillas incandescentes, que pueden funcionar con CA o CC, los LED requieren un suministro de CC de la polaridad correcta. Cuando el voltaje a través de la unión pn está en la dirección correcta, fluye una corriente significativa y se dice que el dispositivo está polarizado hacia adelante. El voltaje a través del LED en este caso es fijo para un LED dado y es proporcional a la energía de los fotones emitidos. Si el voltaje es de polaridad incorrecta, se dice que el dispositivo tiene polarización inversa, fluye muy poca corriente y no se emite luz.

El diodo semiconductor está encerrado en una lente de plástico sólido. A veces, el plástico es de color, y puedes encontrar LED en casi todos los tonos. Además de la clasificación actual de su LED, el tamaño y la forma de la carcasa de plástico determinarán cómo y cuánto iluminará el LED.

Paso 3: diodos Zener

Los diodos Zener se dopan con una mayor concentración de impurezas para darles una capa de agotamiento muy delgada. En uso tienen polarización inversa. Esto significa que la corriente no puede moverse a través de un diodo zener hasta que se alcanza el voltaje de ruptura . En cualquier diodo, llega un punto donde, si se aplica suficiente voltaje inverso, la corriente inversa fluirá del cátodo al ánodo. Los electrones fuertemente unidos en la capa de agotamiento se separan de sus átomos y hay un aumento brusco de la corriente. Si se permite que esta corriente se acumule a un valor demasiado alto, puede ocurrir daño. Sin embargo, si la corriente inversa se limita a un valor seguro, el diodo no se dañará y una vez que se reduce el voltaje inverso, el diodo deja de conducir nuevamente.

Elija un diodo zener si necesita tener un interruptor sensible al voltaje en su circuito. El desglose de voltaje disponible varía de aproximadamente 2 voltios a 200 voltios.

Paso 4: diodos Schottky

A diferencia de un diodo de unión PN, un diodo Schottky tiene una unión metal-semiconductor (M – S) es un tipo de unión en la que un metal entra en contacto cercano con un material semiconductor. Son diodos semiconductores con una baja caída de voltaje directo y una acción de conmutación muy rápida.

Para la unión, se utilizan molibdeno, platino, cromo o tungsteno; y un silicio semiconductor de tipo N. El lado metálico actúa como el ánodo y el semiconductor tipo N actúa como el cátodo. Esto se llama la barrera de Schottky. Hay ventajas en la velocidad porque los diodos Schottky no dependen de agujeros o electrones que se recombinan cuando entran en el tipo opuesto de región como en el caso de un diodo convencional. Este tipo de diodos, por diseño, tienen un voltaje de ruptura muy preciso y pueden responder o cambiar rápidamente debido a que tienen una unión parcialmente metálica.

Cuando la corriente fluye a través de un diodo, hay una caída de voltaje muy pequeña a través de los terminales. Esta caída de voltaje más baja es propicia para una velocidad de conmutación más rápida y una mejor eficiencia del sistema. Reduce las pérdidas de energía normalmente incurridas en el rectificador y otros diodos utilizados dentro de la fuente de alimentación. Con diodos de silicio estándar que ofrecen la alternativa principal, su voltaje de encendido es de alrededor de 0.6 a 0.7 voltios. Con los rectificadores de diodos Schottky que tienen un voltaje de encendido de alrededor de 0.2 a 0.3 voltios, se puede obtener un importante ahorro de energía.

Paso 5: circuito rectificador

Un rectificador es un dispositivo eléctrico que convierte la corriente alterna (CA), que periódicamente invierte la dirección, en corriente continua (CC), que fluye en una sola dirección.

La aplicación más popular del diodo se utiliza para la rectificación de corriente. Esto implica un dispositivo que solo permite el flujo unidireccional de electrones. Esto es exactamente lo que hace un diodo semiconductor.

Hay un diseño llamado puente rectificador de onda completa, está construido alrededor de una configuración de puente de cuatro diodos. (ver imagen) La corriente alterna se alimenta a la parte inferior y superior del puente rectificador, que los diodos filtran en corriente continua al dirigir la corriente a los puntos positivos y negativos correctos.

Este circuito produce una salida de CC desde una entrada de CA, así como protección contra polaridad inversa . Es decir, permite el funcionamiento normal de los equipos alimentados por CC cuando las baterías se han instalado al revés, o cuando los cables de una fuente de alimentación de CC se han invertido, y protege su circuito del daño causado por la polaridad inversa.

Paso 6: ¡Haz una rejilla LED!

Una forma realmente sencilla de adquirir experiencia con diodos es a través de circuitos LED. Para hacer una matriz de LED, utilicé una batería de 9V, una placa de pruebas, LED de 3V y algunas resistencias de 1K.

Los conecté con el positivo a la derecha, moviéndome al suelo a la izquierda. Creé seis filas distintas y dos columnas de LED. Cableado en serie, va de V (+) al cable positivo del LED, y luego otro LED, luego una resistencia de 1K a tierra. Eche un vistazo al esquema en este paso.

La corriente se mueve desde el ánodo al cátodo de cada LED, y si alguno de los terminales del LED está invertido, no se iluminará.