Diodo

Mientras que las resistencias, los condensadores y los inductores forman parte de las partes fundamentales de un circuito, son los aparatos semiconductores los que realmente incluyen la magia. Cada circuito digital tiene en su interior decenas de aparatos semiconductores, como diodos, transistores, reguladores, amplificadores operacionales, interruptores de potencia, etc. Cada uno de ellos tiene sus propiedades y propósitos personales. En este artículo, vamos a cubrir esencialmente el sistema semiconductor más fundamental, el diodos.

Es posible que hayas oído que "los diodos son aparatos semiconductores con dos terminales que conducen únicamente en un camino seguro y permiten que el presente se mueva por medio de...", pero ¿por qué, y qué tiene que ver eso con nosotros a la hora de diseñar un circuito, cómo funciona un diodo, cuáles son los distintos tipos de diodos y en qué software debemos utilizarlos? Mantente firme, ya que todas estas preguntas pueden responderse a medida que vayas aprendiendo este texto.

Historia de los diodos

En los 12 meses de 1940, en los Laboratorios Bell, Russell Ohl trabajaba con un cristal de silicio para encontrar sus propiedades. En el futuro, por accidente, cuando se descubrió el cristal de silicio, que tenía una grieta, a la luz del día, encontró la circulación del presente a través del cristal, más tarde denominado diodo, lo que supuso el inicio del periodo de los semiconductores.

¿Qué es un diodo?

Empecemos por responder esencialmente a la pregunta más fundamental ¿qué son los diodos?

Un diodo, como he dicho antes, es una pieza semiconductora con dos terminales. Existen numerosos tipos de diodos, pero el más utilizado es básicamente el que se muestra a continuación.

Los 2 terminales se conocen como Ánodo y Cátodoveremos la imagen y cómo determinar los terminales más adelante, pero por ahora no olvides que cualquier diodo sólo tiene dos terminales (nada menos que la mayoría) y son el ánodo y el cátodo. Otra regla de oro de los diodos es que permiten que el presente se mueva a través de ellos en un solo camino: del ánodo al cátodo. Este propiedad del diodo es lo que lo hace útil en muchos propósitos.

Funcionamiento del diodo

La primera operación de un diodo es embalsar el presente en una sola vía y permitir la circulación del presente en la vía diferente, es decir controla la trayectoria de la circulación actual. El flujo del presente a través del diodo está polarizado hacia delante. El regalo que intenta circular de forma equivocada está sesgado hacia atrás.

Desarrollo de un diodo

Para buscar la razón por la que se comportan de una manera, tenemos que echar un vistazo a la construcción interna del diodo. Un diodo se construye formando parte de dos suministros de semiconductores de tipo P y N, igualmente dopados. Cuando estas dos fuentes se unen, ocurre algo fascinante, ya que crean otra pequeña zona entre ellas, que se denomina área de agotamiento. Se debe a que la zona de tipo P tiene más agujeros y la zona de tipo N tiene más electrones y cada uno de ellos intenta difundirse entre sí formando un bloqueo de resistencia excesiva entre las 2 fuentes, como se muestra en la imagen siguiente. Esta zona de bloqueo se conoce como zona de agotamiento.

Esta zona de agotamiento (de bloqueo) tiene que estar dañada si el presente tiene que circular a través de un diodo.

Polarización de un diodo

Una vez construido el diodo, es fundamental aplicarle una tensión para que funcione. Este movimiento de alimentación del diodo se conoce como polarización.

Polarización directa de un diodo semiconductor

Cuando se utiliza una tensión constructiva en el ánodo y una tensión desfavorable en el cátodo, se afirma que el diodo está en un estado de polarización directa. Durante este estado, la tensión constructiva bombea agujeros adicionales a la zona de tipo P y la tensión desfavorable bombea electrones adicionales a la zona de tipo N, lo que provoca la interrupción de la zona de agotamiento y la circulación del ánodo al cátodo. Esta tensión mínima necesaria para que el diodo avance se conoce como tensión de ruptura hacia delante.

Polarización inversa de un diodo semiconductor

Alternativamente, si se utiliza una tensión desfavorable para el ánodo y una tensión constructiva para el cátodo, se afirma que el diodo se encuentra en una situación de polarización inversa. A lo largo de este estado, la tensión desfavorable bombeará electrones adicionales al tipo P y los materiales del tipo N obtendrán agujeros adicionales de la tensión constructiva, lo que hace que la zona de agotamiento de un diodo sea aún más fuerte y, por tanto, no permita la circulación de los presentes a través de ella. Debe ser famoso que estos rasgos sólo son relevantes para un diodo supremo (teórico), prácticamente puede haber algo de flujo presente incluso en modo de polarización inversa. Nos centraremos en esto más adelante.

¿Cómo funciona un diodo?

Cuando un diodo permite la circulación, está polarizado frontalmente. Cuando un diodo está en polarización inversa, actúa como un aislante y no permite la circulación. Esto puede ser una idea fácil, pero es cierto para los diodos que funcionan como rectificadores, interruptores y limitadores. La tensión de polarización hacia delante es de unas seis décimas de voltio (0,6 V) para los aparatos de silicio, de 0,3 V para los de germanio y de 1 V para los de selenio.

Independientemente de la regla básica anterior, si la tensión del cátodo es constructiva con respecto a la tensión del ánodo en una cantidad suficientemente grande, el diodo conducirá presente. La tensión necesaria para que se produzca este fenómeno, a menudo conocido como tensión de avalancha, varía significativamente en función del carácter de los materiales semiconductores con los que se fabrica el sistema. La tensión de avalancha puede oscilar entre un par de voltios y varios cientos de voltios.

Insólito, pero cierto: la flecha de la imagen del diodo influye en la trayectoria de la circulación de los electrones. Razón: Los ingenieros diseñaron la imagen, y sus esquemas presentan que el presente fluye desde el aspecto constructivo (+) del suministro de tensión hacia el desfavorable (-).

La animación anterior ilustra la funcionamiento de un diodo en un circuito, hay dos circuitos por los que se intenta suavizar un LED con una pila. En un circuito, el diodo está polarizado directamente y en el otro, el diodo está polarizado inversamente. Cuando se ejecuta la simulación, se puede ver que sólo el diodo polarizado hacia delante permite la circulación a través de él, por lo que el LED se enciende, el diodo polarizado hacia atrás no permite la circulación a través de él.

Trazos de un diodo

Un diodo no es más que una unión PN, pero sus propósitos son amplios en los circuitos digitales. Hay tres características de un diodo:

Curva de atributos del diodo

La curva de atributos de un diodo puede denominarse curva I-V. Es un gráfico que muestra la circulación actual a tensiones directas totalmente diferentes. El presente suele estar en el eje Y y la tensión en el eje X. Cualquiera de estos gráficos proporciona a los ingenieros un documento visible de las trazas de trabajo de la pieza. Esta información les permite utilizar la pieza de forma más adecuada dentro de un circuito. Hay varios tipos de diodos, todos los cuales suelen tener curvas de atributos y propósitos totalmente diferentes. Los diodos con los que te puedes encontrar tarde o temprano se enumeran a continuación: Zener, Germanio, Gunn, Túnel y Schottky. Este texto se centrará en un típico diodo de silicio.

La curva de atributos de un diodo es totalmente no lineal. Y se ve así:

En función de la tensión utilizada en todo él, un diodo funcionará en una de las tres áreas:

1. Sesgo directocuando la tensión a través del diodo es constructiva, el diodo está "encendido" y puede circular el presente. La tensión debe ser mayor que la tensión directa (VD) para que el presente sea importante.
2. Polarización inversaque es el modo "apagado" del diodo, el lugar donde la tensión es menor que la VD. En este modo, la circulación actual está (en gran parte) bloqueada y el diodo está apagado. Una cantidad realmente pequeña de presente, denominada presente de saturación inversa, puede circular en sentido inverso por medio del diodo.
3. Gamacuando la tensión utilizada a lo largo del diodo puede ser muy gigantesca y desfavorable, pueden circular numerosos regalos en el camino inverso desde el cátodo al ánodo.

Tensión directa

Para "activarse" y conducir el presente en el camino que tiene por delante, un diodo requiere una determinada cantidad de tensión constructiva a lo largo del mismo. La tensión diaria necesaria para que el diodo se encienda se conoce como tensión de avance (VD). Puede denominarse tensión de corte o tensión de conexión.

Como todos sabemos por la curva i-v, el presente y la tensión a través de un diodo son interdependientes. Una presencia extra significa una tensión extra, una tensión mucho menor significa una presencia mucho menor. Sin embargo, una vez que la tensión alcanza la puntuación de la tensión directa, el aumento del gigante en el presente debería implicar sólo una mejora realmente pequeña de la tensión. Si un diodo es totalmente conductor, normalmente se puede suponer que la tensión a través de él es la puntuación de la tensión directa.

La VD de un diodo seleccionado viene determinada por los materiales semiconductores con los que está fabricado. Normalmente, un diodo de silicio puede tener una VD de aproximadamente 0,6-1V. Un diodo con base de germanio puede disminuir a unos 0,3V. O elige de los diodos sigue teniendo cierta importancia a la hora de definir la caída de tensión directa; los diodos de emisión suave pueden tener una RV mucho mayor, mientras que los diodos Schottky están especialmente diseñados para tener una caída de tensión directa mucho mayor de lo normal.

Fallo o tensión de circuito rápido

Si se utiliza una tensión desfavorable suficientemente grande para el diodo, éste cederá y permitirá la circulación presente en el camino inverso. Esta enorme tensión desfavorable se conoce como tensión de ruptura. De hecho, algunos diodos están diseñados para funcionar dentro de la zona de ruptura, pero para la mayoría de los diodos convencionales no es muy saludable que estén sometidos a grandes tensiones desfavorables.

Para los diodos normales, esta tensión de ruptura es de unos -50V a -100V, o mucho más desfavorable.

¿De qué materiales están hechos los diodos?

La mayoría de los diodos son productos de suministros semiconductores similares al silicio, el germanio o el selenio. Algunos diodos están compuestos por electrodos de acero en una cámara evacuada o llena de un combustible puro a baja tensión.

Imagen del diodo

Cada diodo tiene 2 terminales (conexiones en cada extremo de la pieza) y los terminales de las personas están polarizados, lo que significa que los 2 terminales son totalmente diferentes. Puede ser crucial no hacer coincidir las conexiones de un diodo. El acabado constructivo de un diodo se conoce como ánodo y el acabado desfavorable se conoce como cátodo. El presente puede circular desde el extremo del ánodo hasta el cátodo, pero no dentro de la trayectoria diferente. Puede ser crucial no descuidar el camino por el que fluye el presente por medio del diodo.

La imagen del diodo en un circuito es un triángulo que sobresale hacia una línea. Como veremos más adelante, hay una selección de tipos de diodos, aunque la imagen de tu circuito típico será ésta:

¿para qué sirve un diodo?

Los diodos son piezas extraordinariamente útiles y se utilizan ampliamente como rectificadores, limitadores de señal, reguladores de tensión, interruptores, moduladores de señal, mezcladores de señal, demoduladores de señal y osciladores.

Demodulación de la señal

El uso más típico de los diodos es eliminar la parte desfavorable de una señal de corriente alterna. Como la parte desfavorable de una forma de onda de CA suele ser idéntica a la mitad constructiva, se pierde poca o ninguna información en este proceso de eliminación, lo que da lugar a un procesamiento de la señal más respetuoso con el medio ambiente.

La demodulación de la señal se utiliza a menudo en las radios como parte del sistema de filtrado para ayudar a extraer la señal de radio de la onda de suministro.

Seguridad contra sobretensiones

Además, los diodos funcionan correctamente como dispositivos de seguridad para las partes digitales delicadas. Cuando se utilizan como aparatos de seguridad, los diodos no son conductores en circunstancias normales de trabajo, pero cortocircuitan instantáneamente cualquier pico de tensión excesiva en el suelo, donde no pueden dañar un circuito integrado. Los diodos especializados, denominados supresores de tensiones transitorias, están diseñados especialmente para la seguridad contra sobretensiones y pueden manejar picos de energía muy gigantescos durante breves intervalos de tiempo, características típicas de una influencia de sobretensión o una descarga eléctrica, que normalmente pueden dañar piezas y acortar la vida útil de un producto digital.

Del mismo modo, un diodo puede regular la tensión sirviendo de clipper o limitadoruna función especializada que limita el voltaje que puede moverse a través de ella a un determinado nivel.

Dirección actual

El software esencial de los diodos es presentar la recta y asegurarse de que fluye justo dentro del camino correcto. Un espacio en el que la actual funcionalidad de dirección de los diodos se utiliza con un buen impacto es en el cambio de energía procedente de una influencia suministrada a energía que funciona en una batería. Cuando una herramienta está encendida y se está cargando, por ejemplo, un teléfono móvil o una fuente de alimentación ininterrumpida, el sistema debe obtener energía únicamente de la fuente de alimentación exterior y nunca de la batería, y mientras el sistema esté enchufado, la batería debe obtener energía y recargarse. Tan pronto como se retire el suministro de la instalación, la batería debe suministrar energía al sistema para que el consumidor no descubra ninguna interrupción.

Un excelente ejemplo de la dirección actual es la seguridad actual al revés. Supongamos, por ejemplo, que se trata de tu automóvil. Cuando la batería se agote y un agradable transeúnte te diga que puede ayudarte con los cables de arranque, si confundes el orden de los cables morados y negros no freirás el sistema eléctrico de tu automóvil, ya que los diodos adyacentes a la batería bloquean la trayectoria defectuosa presente.

Puertas lógicas

Los sistemas informáticos funcionan en binario: un mar ilimitado de ceros y unos. Los arbustos de resolución binaria de computación se basan principalmente en puertas lógicas activadas por diodos que generan si un cambio está activado ("1") o desactivado ("0"). Aunque hay muchas decenas de millones de diodos en los procesadores de moda, su funcionamiento es idéntico al de los diodos que compras en la tienda de electrónica, aunque mucho más pequeños.

Diodos emisores blandos (LED)

Quizás uno de los programas de diodos de moda mejor identificados es el LED. Utilizan un tipo particular de dopaje para que cuando un electrón pase por la unión n-p, se emita un fotón que genere un efecto suave. Es porque los LEDs brillan en presencia de una tensión constructiva. El tipo de dopaje puede ser diverso para que se emita cualquier frecuencia (tono) de luz solar, desde los infrarrojos hasta los ultravioletas.