Qué es un diodo de recuperación escalonada : Funcionamiento y sus aplicaciones

Los diodos son dispositivos sencillos y muy versátiles. Están disponibles en diferentes tipos que se utilizan en función de las necesidades. Cada tipo de diodo tiene sus propias características para poder utilizarlo en aplicaciones específicas. Así, uno de los diodos menos comunes pero muy útiles es el SRD o diodo de recuperación de paso. Este diodo también se conoce como diodo de almacenamiento de carga o diodo de recuperación o varactor de memoria. Así pues, este artículo ofrece una breve información sobre un dio de recuperación de pasode o SRD.

¿Qué es un diodo de recuperación escalonada?

El diodo semiconductor que se utiliza para generar pulsos muy cortos se conoce como diodo de recuperación de pasos o SRD. Este diodo proporciona la máxima velocidad de conmutación a baja frecuencia, por lo que también se utiliza como interruptor controlado por carga. Este diodo tiene la capacidad de generar pulsos muy agudos. El símbolo del diodo de recuperación de pasos se muestra a continuación.

El principio de funcionamiento de un diodo de recuperación de paso es similar al de un diodo normal de menor frecuencia. Cuando este diodo está polarizado hacia delante, conduce y en condiciones de polarización inversa, actúa como un circuito abierto. Sin embargo, una vez que este diodo pasa de la polarización directa a la inversa, cambia instantáneamente su condición. El proceso de conmutación a altas frecuencias requiere tiempo.

Construcción de un diodo de recuperación escalonada

La construcción de este diodo puede hacerse de forma similar a la de un diodo normal, pero la principal diferencia es la intensidad del dopaje. La estructura básica del SRD se basa en el diodo Shockley y consta de dos uniones pn conectadas en serie con un tercer terminal para la tensión de entrada. Por tanto, presenta unas características de conmutación dinámicas especiales en comparación con el diodo de unión PN simple.

Esta estructura tiene un tiempo de conmutación menor, de unos pocos nanosegundos, debido al menor número de portadores de carga dentro de la región de la unión. Cuando hay menos carga dentro de la región, se puede producir rápidamente una pequeña cantidad de carga al pasar de la polarización directa a la inversa. El siguiente diagrama explica el perfil de dopaje del diodo de recuperación por etapas.

En general, a bajas frecuencias, este diodo de recuperación de paso se comporta como un diodo típico . Este tipo de diodo proporciona una impedancia extremadamente baja, de casi 1 ohmio, pero su impedancia empieza a aumentar lentamente debido al almacenamiento de carga en la unión.

Una vez que se da el ciclo de entrada negativo a este diodo, los portadores de carga tardarán algún tiempo en drenar totalmente de la unión, por lo que se puede observar una pequeña cantidad de corriente al inicio del ciclo de entrada negativo.

Funcionamiento y características del diodo de recuperación escalonada

Los diodos de recuperación escalonada son los más utilizados para el funcionamiento de impulsos repetitivos. Estos diodos se caracterizan por un tiempo de recuperación muy rápido, que les permite manejar corrientes y tensiones de pico elevadas. También se denominan diodos de corriente de pico o diodos de avalancha.

Tienen una capacidad de unión que debe cargarse antes de conducir. Su capacitancia es tan grande que tarda mucho tiempo en cargarse lo suficiente para conducir niveles normales de corriente. Estos condensadores están formados por la región de agotamiento entre dos uniones p-n.

Cuando se aplica un voltaje a través del diodo en polarización inversa, la capacitancia de la unión se carga hasta alcanzar un punto crítico en el que el dispositivo lleva a cabo una ruptura de avalancha. Esta ruptura se produce cuando los electrones fluyen a través de todas las partes del dispositivo sin resistencia, creando un enorme flujo de corriente así como una excesiva generación de calor.

Una vez que la carga almacenada se desvanece, la corriente inversa cae repentinamente a cero, lo que elimina la cola de corriente inversa. Este diodo tiene un gran déficit y también una buena conductividad hacia delante.

Por tanto, debido a esta conductividad, simplemente almacenará una gran cantidad de portadores de carga minoritarios a la tensión de avance. Las características de polarización hacia delante de este diodo son similares a las de un diodo normal. Dado que este diodo almacenará una enorme cantidad de portadores de carga minoritarios durante la operación de avance, se denomina diodo de almacenamiento de carga.

Tienen una característica de resistencia negativa, lo que significa que conducen más corriente cuando su tensión disminuye.

Para comprender mejor el funcionamiento de los diodos de recuperación gradual, primero debemos entender el concepto de resistencia negativa. Este fenómeno se produce cuando un dispositivo hace pasar corriente a través de él y la tensión que lo atraviesa disminuye, en lugar de aumentar como en la mayoría de los casos. Cuando esto ocurre, se puede producir una tensión negativa que se aprovecha como energía.

Este comportamiento les permite actuar como amplificador u oscilador cuando se utilizan con determinados circuitos. A baja frecuencia, este diodo funciona como un diodo normal, lo que significa que una vez que el diodo está polarizado hacia delante, conduce. En comparación con otros diodos, su nivel de dopaje es menor.

Circuito de diodo de recuperación de paso

A continuación se muestra una implementación del circuito generador de impulsos UWB basado en un diodo de recuperación de pasos. En general, las comunicaciones inalámbricas UWB (banda ultraancha), así como la tecnología de radar UWB sin portadora, utilizan el pulso de sub-nanosegundo o nanosegundo estrecho como medio de transmisión. Así que este circuito se utiliza para implementar un generador de pulsos de nivel de sub-nanosegundo. El circuito se puede construir con una resistencia 'R'. SRD y una resistencia de carga 'RL'.

El principio principal de este circuito es utilizar las características de recuperación de paso rápido del SRD para formar el pulso de conducción, reducir el tiempo de subida y estrechar la anchura del pulso para conseguir el pulso UWB necesario. Así, la anchura de pulso final medida es de aproximadamente 600 ps para una amplitud de 5V. Así que es suficiente para las aplicaciones prácticas, sin embargo, el zumbido es un poco demasiado grande y la amplitud es bastante baja. Las formas de onda de entrada y salida de este circuito se muestran en el diagrama anterior.

Diferentes paquetes de CI

El diodo de recuperación de paso o SRD utiliza varios paquetes de CI que incluyen los siguientes.

• Esquema del DO o Diodo.
• SOD o Diodo de Contorno Pequeño.
• TO o Transistor Outline.
• SOT o Transistor de contorno pequeño.
• DPAK o Paquete Discreto.
• MELF o Cara de Electrodo Metálico sin Plomo.
• Para los diodos de recuperación gradual, los paquetes MELF incluyen principalmente MicroMELF, QuadroMELF y MiniMELF.
• El paquete grande de montaje en superficie, como el D2PAK, incluye un disipador de calor.
• Los SC-74, SC-76 y SC-59 son paquetes de plástico montados en superficie que incluyen tres cables.
• El Powermite®3 es un encapsulado de rectificador de montaje superficial compacto y de alta densidad de potencia que ofrece una baja resistencia térmica.

Ventajas

El ventajas del diodo de recuperación por etapas son las siguientes

• En comparación con un diodo convencional, este diodo genera la corriente de avance más rápidamente.
• El tiempo de conmutación necesario para este diodo es bajo, por lo que ofrece una respuesta rápida.
• Este diodo tiene la capacidad de generar pulsos muy agudos que son muy importantes para el generador de pulsos.
• Estos diodos son muy eficaces y su diseño es sencillo.
• Respuesta transitoria rápida.
• Económico.
• Menos pérdida de potencia y tiempo de recuperación inversa.

Desventajas

El desventajas del diodo de recuperación de paso incluyen las siguientes.

• El principal inconveniente de este diodo es que la velocidad de conmutación disminuye al aumentar la frecuencia.
• No es aplicable para frecuencias más altas.
• Si la diferencia entre la entrada y la salida es alta, la eficiencia es baja.
• Puede necesitar un disipador de calor
• Es capaz de realizar exclusivamente operaciones de reducción.

Aplicaciones

El aplicaciones del diodo de recuperación de paso incluyen las siguientes.

• Los SRD se utilizan principalmente para la conformación de impulsos de alta velocidad, multiplicadores de frecuencia, generadores de armónicos de alta frecuencia y generadores.
• Cuando este diodo se utiliza como multiplicador de frecuencias, mantiene una alta eficiencia de aproximadamente 20 veces el multiplicador. Por lo tanto, este diodo es un excelente componente multiplicador de frecuencias de microondas.
• El diodo de recuperación de pasos se utiliza como amplificador paramétrico o generador de impulsos.
• Este diodo puede utilizarse como multiplicador para multiplicar la frecuencia de la señal hasta 20 veces.
• Puede utilizarse como generador de armónicos.
• Este diodo puede utilizarse en los VCO (osciladores controlados por tensión).
• Se utiliza en un sintetizador de frecuencia, en un generador de peines y en un detector de fase de muestreo.
• Este diodo se utiliza como amplificador paramétrico o generador de impulsos en la electrónica de microondas.

Por tanto, se trata de una visión general del diodo de recuperación de pasos o SRD, que es una forma de diodo semiconductor que se utiliza para generar pulsos muy agudos. Por ello, este diodo se utiliza en aplicaciones electrónicas de radiofrecuencia de microondas. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es el diodo de recuperación del paso de deriva o DSRD?