Contenido
- ¿Qué es un diodo?
- Símbolo de diodo
- Principio de funcionamiento del diodo
- Diodo imparcial
- Diodo con sesgo hacia adelante
- Diodo de sesgo inverso
- Tipos de Diodo
¿Qué es un diodo?
A diodo se define como un componente electrónico de dos terminales que sólo conduce actual en una dirección (siempre y cuando funcione dentro de un nivel de voltaje especificado). Un diodo ideal tendrá cero resistencia en una dirección, e infinita resistencia en la dirección inversa.
Aunque en el mundo real, los diodos no pueden alcanzar una resistencia cero o infinita. En cambio, un diodo tendrá una resistencia insignificante en una dirección (para permitir el flujo de la corriente), y una resistencia muy alta en la dirección inversa (para prevenir flujo de corriente). Un diodo es efectivamente como una válvula para un circuito eléctrico.
Semiconductor los diodos son los más comunes tipo de diodo. Estos diodos comienzan a conducir electricidad sólo si un cierto voltaje umbral está presente en la dirección de avance (es decir, la dirección de baja resistencia). Se dice que el diodocon un sesgo hacia adelanteal conducir la corriente en esta dirección. Cuando se conecta dentro de un circuito en la dirección inversa (es decir, la dirección de alta resistencia), se dice que el diodo essesgada al revés.
Un diodo sólo bloquea la corriente en la dirección inversa (es decir, cuando está sesgada en sentido contrario) mientras que la tensión inversa está dentro de un rango especificado. Por encima de este rango, la barrera inversa se rompe. El voltaje en el que se produce esta ruptura se denomina voltaje de ruptura inversa. Cuando la tensión del circuito es superior a la tensión de ruptura inversa, el diodo es capaz de conducir la electricidad en la dirección inversa (es decir, en la dirección de alta resistencia). Por eso en la práctica decimos que los diodos tienen una alta resistencia en la dirección inversa y no una resistencia infinita.
A La unión PN es la forma más simple del diodo semiconductor. En condiciones ideales, esta unión PN se comporta como un cortocircuito cuando está sesgado hacia adelante, y como un circuito abierto cuando está sesgado hacia atrás. El nombre de diodo se deriva de diodo, que significa un dispositivo que tiene dos electrodos. Los diodos se utilizan comúnmente en muchos proyectos de electrónica y se incluyen en muchos de los los mejores kits de inicio de Arduino.
Símbolo de diodo
A continuación se muestra el símbolo de un diodo. La punta de la flecha apunta en la dirección del flujo de corriente convencional en la condición de sesgo hacia adelante. Esto significa que el ánodo está conectado al lado p y el cátodo está conectado al lado n.
Podemos crear un simple diodo de unión PN dopando la impureza pentavalente o donante en una porción y la impureza trivalente o aceptante en otra porción del bloque de cristal de silicio o germanio. Estos dopajes crean una unión PN en la parte media del bloque. También podemos formar una unión PN uniendo un semiconductor de tipo p y n con una técnica especial de fabricación. El terminal conectado al tipo p es el ánodo. El terminal conectado al lado del tipo n es el cátodo.
Principio de funcionamiento del diodo
El principio de funcionamiento de los diodos depende de la interacción de los tipos n y p semiconductores. Un semiconductor de tipo n tiene muchos electrones libres y muy pocos agujeros. En otras palabras, podemos decir que la concentración de electrones libres es alta y la de agujeros es muy baja en un semiconductor de tipo n. Los electrones libres en el semiconductor de tipo n se denominan portadores de carga mayoritaria, y los agujeros en el semiconductor de tipo n se denominan portadores de carga minoritaria.
Un semiconductor de tipo p tiene una alta concentración de agujeros y una baja concentración de electrones libres. Los agujeros en el semiconductor tipo p son portadores de carga mayoritaria, y los electrones libres en el semiconductor tipo p son portadores de carga minoritaria.
Si prefieres una explicación en video de lo que es un diodo, mira el siguiente video:
Diodo imparcial
Ahora veamos qué sucede cuando una región de tipo n y una región de tipo p entran en contacto. Aquí, debido a las diferencias de concentración, la mayoría de los portadores se difunden de un lado a otro. Como la concentración de agujeros es alta en la región del tipo p y es baja en la región del tipo n, los agujeros empiezan a difundirse desde la región del tipo p a la región del tipo n.
Una vez más, la concentración de electrones libres es alta en la región de tipo n y es baja en la región de tipo p y, por esta razón, los electrones libres empiezan a difundirse desde la región de tipo n a la región de tipo p.
Los electrones libres que se difunden en la región de tipo p desde la región de tipo n se recombinarían con los agujeros disponibles allí y crearían iones negativos descubiertos en la región de tipo p. De la misma manera, los agujeros que se difunden en la región de tipo n desde la región de tipo p se recombinarían con los electrones libres disponibles allí y crearían iones positivos descubiertos en la región de tipo n.
De esta manera, aparecería una capa de iones negativos en el lado de tipo p y una capa de iones positivos en la región de tipo n a lo largo de la línea de unión de estos dos tipos de semiconductores. Las capas de iones positivos descubiertos y de iones negativos descubiertos forman una región en el centro del diodo donde no existe ningún portador de carga ya que todos los portadores de carga se recombinan aquí en esta región. Debido a la falta de portadores de carga, esta región se llama la región de agotamiento.
Después de la formación de la región de agotamiento, ya no hay difusión de los portadores de carga de un lado a otro en el diodo. Esto se debe a que el campo eléctrico que aparece a través de la región de agotamiento impedirá una mayor migración de los portadores de carga de un lado a otro.
El potencial de la capa de iones positivos descubiertos en el lado de tipo n revocaría los agujeros en el lado de tipo p y el potencial de la capa de iones negativos descubiertos en el lado de tipo p revocaría los electrones libres en el lado de tipo n. Esto significa que se crea una barrera de potencial a través de la unión para evitar una mayor difusión de los portadores de carga.
Diodo con sesgo hacia adelante
Ahora veamos qué sucede si un terminal positivo de una fuente se conecta al lado de tipo p y el terminal negativo de la fuente se conecta al lado de tipo n del diodo y si aumentamos el voltaje de esta fuente lentamente desde cero.
Al principio, no hay corriente que fluya a través del diodo. Esto se debe a que aunque hay un campo eléctrico externo aplicado a través del diodo, la mayoría de los portadores de carga todavía no obtienen suficiente influencia del campo externo para cruzar la región de agotamiento. Como dijimos, la región de agotamiento actúa como una barrera potencial contra los portadores de carga mayoritarios.
Esta barrera potencial se llama barrera potencial de avance. La mayoría de los portadores de carga empiezan a cruzar la barrera de potencial delantero sólo cuando el valor del voltaje aplicado externamente a través de la unión es mayor que el potencial de la barrera delantera. Para los diodos de silicio, el potencial de la barrera de avance es de 0,7 voltios y para los diodos de germanio es de 0,3 voltios.
Cuando el voltaje de avance aplicado externamente a través del diodo se convierte en algo más que el potencial de la barrera de avance, los portadores de carga de la mayoría libre empiezan a cruzar la barrera y contribuyen con la corriente del diodo de avance. En esa situación, el diodo se comportaría como un camino en cortocircuito y la corriente de avance se ve limitada sólo por las resistencias conectadas externamente al diodo.
Diodo de sesgo inverso
Ahora veamos qué sucede si conectamos el terminal negativo de la fuente de voltaje al lado de tipo p y el terminal positivo de la fuente de voltaje al lado de tipo n del diodo. En esa condición, debido a la atracción electrostática del potencial negativo de la fuente, los agujeros de la región tipo p se desplazarían más lejos de la unión, dejando más iones negativos descubiertos en la unión.
De la misma manera, los electrones libres en la región de tipo n se desplazarían más lejos de la unión hacia el terminal positivo de la fuente de voltaje dejando más iones positivos sin cubrir en la unión. Como resultado de este fenómeno, la región de agotamiento se hace más amplia. Esta condición de un diodo se llama la condición de sesgo inverso. En esa condición, ningún portador mayoritario cruza la unión, y en su lugar se aleja de la unión. De esta manera, un diodo bloquea el flujo de la corriente cuando está sesgado al revés.
Como ya dijimos al principio de este artículo, siempre hay algunos electrones libres en el semiconductor tipo p y algunos agujeros en el semiconductor tipo n. Estos portadores de carga opuestos en un semiconductor se llaman portadores de carga minoritarios. En la condición de sesgo inverso, los agujeros que se encuentran en el lado del tipo n cruzarían fácilmente la región de agotamiento de sesgo inverso ya que el campo a través de la región de agotamiento no presenta más bien ayuda a los portadores de carga minoritarios a cruzar la región de agotamiento.
Como resultado, hay una pequeña corriente que fluye a través del diodo desde el lado positivo al negativo. La amplitud de esta corriente es muy pequeña ya que el número de portadores de carga minoritarios en el diodo es muy pequeño. Esta corriente se llama corriente de saturación inversa.
Si el voltaje inverso a través de un diodo aumenta más allá de un valor seguro, debido a una mayor fuerza electrostática y a la mayor energía cinética de los portadores de carga minoritarios que chocan con los átomos, se rompen una serie de enlaces covalentes para contribuir a un gran número de pares de electrones libres en el diodo y el proceso es acumulativo.
El enorme número de portadores de carga generados de este modo contribuiría a una enorme corriente inversa en el diodo. Si esta corriente no está limitada por una resistencia externa conectada al circuito del diodo, el diodo puede ser destruido permanentemente.
Tipos de Diodo
El tipos de diodo incluyen:
- Diodo Zener
- Diodo de unión P-N
- Diodo del túnel
- Diodo varactor
- Diodo Schottky
- Fotodiodo
- Diodo PIN
- Diodo láser
- Diodo de avalancha
- Diodo emisor de luz
