Construcción y funcionamiento del diodo de avalancha

El diodo es un componente eléctrico de dos terminales que se utiliza para construir diversos circuitos eléctricos y electrónicos. El diodo está formado por dos electrodos, el ánodo y el cátodo. La mayoría de los diodos se fabrican con materiales semiconductores como SI, Ge, etc. La función principal del diodo es conducir la corriente eléctrica en una dirección. Las aplicaciones de los diodos incluyen interruptores, reguladores de tensión, osciladores, rectificadores, mezcladores de señales, etc. En el mercado existen diferentes tipos de diodos, como el diodo Zener, el diodo de avalancha, el LED, el láser, el Schottky, etc.

Este artículo trata de una breve información sobre la construcción y el funcionamiento de un diodo de avalancha. Un diodo de avalancha es un tipo de diodo diseñado para sufrir una ruptura de avalancha a una determinada tensión de polarización inversa. La unión del diodo está diseñada principalmente para bloquear la concentración de corriente, de modo que el diodo esté a salvo de la ruptura.

¿Qué es un diodo de avalancha?

Un diodo de avalancha es un tipo de dispositivo semiconductor especialmente diseñado para funcionar en la región de ruptura inversa. Estos diodos se utilizan como válvulas de seguridad para controlar la presión del sistema y proteger los sistemas eléctricos de tensiones excesivas. El símbolo de este es idéntica a la del diodo Zener. El diodo de avalancha consta de dos terminales: ánodo y cátodo. El símbolo del diodo de avalancha es similar al del diodo normal, pero con los bordes girados de la barra vertical, como se muestra en la figura siguiente.

Construcción de un diodo de avalancha

Normalmente, el diodo de avalancha está hecho de silicio u otros materiales semiconductores. La construcción del diodo de avalancha es similar a la del diodo Zener, excepto por el nivel de dopaje, que cambia en comparación con el diodo Zener. Los diodos Zener están muy dopados, por lo que la anchura de la región de agotamiento de este diodo es muy pequeña. Debido a esta región, la ruptura inversa se produce a tensiones más bajas en este diodo.

En cambio, los diodos de avalancha están ligeramente dopados. Por lo tanto, la anchura de la capa de agotamiento de un diodo de avalancha es muy grande en comparación con el diodo Zener. Debido a esta gran región de agotamiento, la ruptura inversa se produce a tensiones más altas en el diodo. La tensión de ruptura de este diodo se determina cuidadosamente comprobando el nivel de dopaje en la producción.

Funcionamiento de un diodo de avalancha

La función principal de un diodo normal es permitir que la corriente eléctrica fluya en una sola dirección, es decir, hacia adelante. Considerando que, diodo de avalancha permite la corriente en ambas direcciones. Sin embargo, este diodo está especialmente diseñado para funcionar en condiciones de polarización inversa cuando la tensión supera la tensión de ruptura en condiciones de polarización inversa. La tensión a la que la corriente eléctrica aumenta inesperadamente se llama tensión de ruptura.

Cuando la tensión de polarización inversa aplicada a este diodo supera la tensión de ruptura, se produce una ruptura de la unión. Esta ruptura de la unión se llama ruptura de avalancha. Cuando se aplica una tensión de polarización hacia delante a este diodo, comienza a funcionar como un diodo de unión p-n normal, permitiendo que fluya una corriente eléctrica.

Cuando la tensión inversa se aplica al diodo de avalancha, por lo que los portadores de carga mayoritarios en los semiconductores de tipo P y N se alejan de la unión PN. Como resultado, la anchura de la región de agotamiento aumenta. Por tanto, los portadores de carga mayoritarios no permitirán que fluya la corriente eléctrica. Sin embargo, los portadores de carga minoritarios conocen una fuerza de repulsión debida a la tensión externa.

Por tanto, el flujo de portadores de carga minoritarios del tipo p al tipo n y del tipo n al tipo p desplaza la corriente eléctrica. Sin embargo, la corriente desplazada por los portadores de carga minoritarios es muy pequeña. La pequeña corriente que pasan los portadores de carga minoritarios se denomina corriente de fuga inversa. Si se aplica la tensión de polarización inversa a este diodo, los portadores de carga minoritarios ganarán una gran cantidad de energía y alcanzarán mejores velocidades.

Los electrones libres que se mueven a gran velocidad chocan con los átomos y transfieren energía a los electrones de valencia. Los electrones de valencia que reciben suficiente energía de los electrones rápidos se separan del átomo padre y se convierten en electrones libres. De nuevo, estos electrones se aceleran. Cuando estos electrones libres chocan con otros átomos, se desprenden de más electrones. Debido a esta colisión constante con las moléculas, se produce un gran número de electrones libres o agujeros. Este enorme número de electrones libres mantiene la corriente de sobrecarga en el diodo.

Cada vez que se aplica la tensión inversa al diodo, la corriente aumenta continuamente. En algún momento, se produce la ruptura de la avalancha y la ruptura de la unión. En este punto, un pequeño aumento de la tensión hace que la corriente eléctrica aumente rápidamente. Este aumento inesperado de la corriente puede destruir permanentemente el diodo de unión normal. Sin embargo, los diodos de avalancha no pueden dañarse porque están diseñados para funcionar en la región de ruptura de avalancha.

Tensión de ruptura del diodo

La tensión de ruptura del diodo de avalancha depende de la densidad de dopaje. El aumento de la densidad de dopaje reduce la tensión de ruptura del diodo.

Aplicaciones del diodo de avalancha

Las aplicaciones de un diodo de avalancha son las siguientes

• El diodo de avalancha se utiliza para proteger el circuito. Cuando la tensión de polarización inversa comienza a aumentar, el diodo inicia un efecto de avalancha a una tensión fija.
• De este modo, el diodo comienza a suministrar corriente sin daños y extrae la energía extrema del circuito hacia su terminal de tierra.
• Los diseñadores utilizan el diodo principalmente para proteger el circuito de tensiones no deseadas.
• Estos diodos se utilizan como generadores de ruido blanco.
• Los diodos de avalancha producen ruido de radiofrecuencia y suelen utilizarse como fuentes de ruido en los equipos de radio. Por ejemplo, suelen utilizarse como fuentes de RF para los puentes analizadores de antenas. Los diodos de avalancha se utilizan para generar frecuencias de microondas.

Aquí tienes todo sobre los diodos de avalancha, su construcción, funcionamiento y aplicaciones. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o quieres conocer los diferentes tipos de diodos, danos tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la función del diodo de avalancha?