Funcionamiento y aplicaciones del circuito de diodos de cristal

Los proyectos basados en microcontroladores u otros proyectos electrónicos y eléctricos se diseñan utilizando algunos componentes básicos en electricidad y electrónica, que se clasifican como elementos. Los elementos que almacenan o disipan energía se denominan elementos pasivos, y los elementos que proporcionan o suministran un flujo de energía controlado se denominan elementos activos. Entre estos elementos básicos se encuentran las Resistencias eléctricas, los Inductores, diferentes tipos de Diodos, como los Diodos de cristal, los Diodos Gunn, los Diodos Peltier, los Diodos Zener, los Diodos Túnel, los Diodos Varactor, etc. Transformadores, condensadores, semiconductores, transistores, tiristores, circuitos integrados, dispositivos optoelectrónicos, tubos de vacío, sensores, memristores, transductores, detectores, antenas, etc. En este artículo vamos a hablar del componente más utilizado, el diodo de cristal.


Diodo de cristal

Diodo de cristal de germanio

El diodo semiconductor o diodo de unión P-N es un dispositivo de dos terminales que permite que la corriente fluya sólo en una dirección y bloquea el flujo de corriente en otra dirección. Estos dos terminales son el ánodo y el cátodo. Si la tensión del ánodo es mayor que la del cátodo, el diodo inicia la conducción.El diodo de cristal también se denomina diodo de bigote de gato o diodo de contacto puntual o de cristal. Estos diodos dispositivos semiconductores de microondas se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial para ser utilizados en los receptores y detectores de microondas.

Funcionamiento del circuito de diodos de cristal

El funcionamiento del diodo de cristal depende de la presión de contacto entre el cristal semiconductor y el punto. Consta de dos secciones: un pequeño cristal rectangular de silicio de tipo N con una sección, y un fino alambre de berilio-cobre, bronce-fósforo y tungsteno llamado alambre de bigote de gato que presiona contra el cristal para formar otra sección. Para formar la región de tipo P alrededor del cristal, se hace pasar una gran corriente al cristal de silicio desde el bigote de gato durante la fabricación del diodo de cristal o diodo de contacto puntual. De este modo, se forma una unión PN que se comporta de forma similar a la unión PN normal.

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Diodo de contacto puntual
Diodo de contacto puntual

Pero las características del diodo de cristal son diferentes a las del diodo de unión PN. En la condición de polarización hacia delante, la resistencia del diodo de contacto puntual es alta en comparación con el diodo de unión PN general. En la condición de polarización inversa, en el caso del diodo de contacto puntual, el flujo de corriente a través del diodo no es tan independiente de la tensión aplicada al cristal como en el caso del diodo de unión. La capacitancia entre el bigote de gato y el cristal es menor en comparación con la capacitancia del diodo de unión entre ambos lados del diodo. Por lo tanto, la reacción a la capacitancia es alta y a alta frecuencia fluye una corriente capacitiva muy pequeña en el circuito.

Símbolo esquemático del diodo de cristal
Símbolo esquemático del diodo de cristal

En general, sabemos que el diodo de uniónP-N o diodo semiconductor conduce cuando la tensión del ánodo es mayor que la del cátodo. El circuito puede realizarse de tres formas: modelo aproximado, modelo simplificado y modelo ideal. A continuación se muestra el circuito del diodo de cristal que funciona para cada modelo. Si aplicamos una tensión directa Vf, las características del diodo como Vf vs If se muestran en la figura.

Modelo aproximado

El modelo aproximado del circuito del diodo de cristal consta de un diodo ideal conectado en serie, una resistencia de avance Rf y una barrera de potencial Vo. El diodo real tiene que superar la barrera de potencial Vo y la caída interna VfRf. La caída de tensión aparece a través del diodo debido a la corriente Si que fluye a través de la resistencia interna Rf.

Modelo aproximado
Modelo aproximado

El diodo inicia la conducción sólo si la tensión directa aplicada Vf supera la tensión de barrera de potencial Vo.

Modelo simplificado

En este modelo no se considera la resistencia interna Rf. Por lo tanto, el circuito equivalente consta únicamente de la barrera de potencial Vo. Para el análisis de circuitos de diodos, este modelo es el más utilizado.

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Modelo simplificado
Modelo simplificado

Modelo ideal

En este modelo, no se consideran la resistencia interna Rf ni la barrera de potencial Vo. De hecho, prácticamente no existen diodos ideales y se supone que existen diodos ideales para algunos análisis de circuitos de diodos.

Modelo ideal
Modelo ideal

Aplicaciones del diodo de cristal

Estos diodos se utilizan en muchas aplicaciones, como el receptor de radio de cristal. En este artículo se mencionan las aplicaciones más frecuentes de los diodos de cristal, como el rectificador de diodos de cristal y el detector de diodos de cristal.

Rectificador de diodos de cristal

El físico alemán Ferdinand Braun, mientras estudiaba las características de los cristales que conducen la electricidad y los electrolitos en 1874, descubrió el efecto de rectificación en el punto de contacto de los metales y algunos materiales cristalinos. Cuando no se disponía de los materiales de mayor pureza, inventó el rectificador de punto de contacto basado en el sulfuro de plomo.

Rectificador de diodo de cristal
Rectificador de diodo de cristal

El diodo de cristal puede utilizarse como rectificador para convertir la CA en CC. Como sólo conduce en una dirección y bloquea el flujo de corriente en la dirección inversa, de forma similar al diodo normal, puede utilizarse para diseñar los circuitos rectificadores de media onda, de onda completa y de puente.

Detector de diodo de cristal

En la década de 1900, se utiliza principalmente en un aparato de radio de cristal como detector de señales. La superficie del cristal entra en contacto con la fina sonda metálica. Así, el diodo de contacto puntual recibió un nombre descriptivo como detector de bigote de gato. Son obsoletos y consisten en un fino alambre metálico afilado que actúa como ánodo y un cristal semiconductor que actúa como cátodo. Este fino hilo metálico del ánodo, llamado hilo de bigote de gato, se presiona contra el cristal del cátodo. Estos detectores de diodos de cristal se desarrollaron a principios del siglo XX y se utilizaron para encontrar el punto caliente en el cátodo de cristal de material semiconductor que se ajusta manualmente para la mejor detección de ondas de radio.

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Se desarrollaron principalmente utilizando cristales minerales de galena o un trozo de carbón en 1906, pero la mayoría de los diodos recientes se desarrollan utilizando silicio, selenio y germanio. Como este diodo sólo permite el flujo de corriente en una dirección, la tensión continua la proporciona la señal portadora rectificada para accionar los auriculares. En 1946, Sylvania fue pionera en el uso del germanio por primera vez en el diodo de cristal comercial 1N34.

Ajuste manual del diodo de cristal
Ajuste manual del diodo de cristal

En primer lugar, hay que identificar el punto sensible buscando en toda la superficie, que puede perderse pronto debido a su vibración. Por ello, para que toda la superficie sea sensible y evitar la búsqueda del punto sensible, se sustituyó este mineral por un semiconductor dopado con N.

El científico G. W. Pickard perfeccionó en 1906 este dispositivo produciendo una región localizada de tipo P dentro del semiconductor mediante un contacto metálico puntiagudo. Para hacerlo eléctrica y mecánicamente estable, todo el diodo de contacto puntual se encapsuló en un cuerpo cilíndrico fijando una punta metálica en su lugar. Aunque hay muchos diodos, como los de unión y los semiconductores modernos, estos diodos de cristal se siguen utilizando como detectores de frecuencias de microondas debido a su baja capacitancia.

Esperamos que después de leer este artículo te hayas hecho una breve idea sobre el diodo de cristal. Para cualquier ayuda técnica sobre este tema y también sobre proyectos eléctricos y electrónicos, puedes publicar tus ideas, comentarios y sugerencias para animar a otros lectores a mejorar sus conocimientos.

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Javired
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