Tipos de Diodos, ¿Cuáles son los tipos de diodos más importantes?

Juan Carlos G 2020-02-15
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Tipos de Diodos, ¿Cuáles son los tipos de diodos más importantes?

Tipos de diodos y sus aplicaciones

Hoy quiero platicarte sobre los tipos de diodos mas utilizados en la electrónica, ¿Sabias que el diodo se ha convertido en uno de los semiconductores que está presente en prácticamente todos los aparatos electrónicos? Son utilizados en fuentes reguladas o de conmutación, también en luces LED, tiras LED, etc. y su funcionamiento es relativamente simple.

 

 

Ahora comencemos este post describiendo al diodo en su forma mas simple, un pequeño resumen para posterior mente hablar un poco de las funciones y características de cada uno.

 

Diodos

¿Qué es el diodo? El diodo es un semiconductor construido a partir de la unión de materiales extrínsecos tipo p y tipo n, y en general funciona como un interruptor electrónico ya que de pendiendo de cómo se polarice puede operar como un circuito abierto o un circuito cerrado.

 

Un poco de historia

Aunque tengo un post dedicado totalmente al Diodo es importa que sepas un poco de sus origen, por ejemplo aquí algunos datos:

  • Frederick Guthrie en 1873 descubre el principio de operación de los primeros diodos
  • La circulación de corriente en un solo sentido vio la luz al observarse que un electroscopio cargado positivamente se descargaba al acercar un trozo de metal caliente, sin la necesidad de que entraran en contacto, no obstante, esto no sucedía si el electroscopio tenia carga negativa.
  • Karl Ferdinand Braund descubre en 1874 que los cristales semiconductores conducen en una sola dirección y en 1899 patenta los rectificadores de óxido de cobre y selenio.
  • Desde su principio los diodos fueron utilizados bajo el principio de rectificación, también se dio el caso de que Greenleaf Whittier Pickard creo un detector de ondas de radio basado en cristales semiconductores.

Existe una gran variedad de diodos para diferentes tipos de aplicaciones y aunque en teoría todos funcionan bajos los mismos principios se puede obtener resultados totalmente diferentes según la entrada que apliquemos a cada circuito.

 

 

Diodos termoiónicos y de estado gaseoso

 Este tipo de diodos fueron el principio de todo, no son precisamente semiconductores y son conocidos mas popularmente como tubos de vació.

Estos dispositivos consisten en un arreglo de electrodos que se encuentran dentro de un vidrio al vacío y que en un principio eran muy parecidos a un foco incandescente.

Hoy en día los materiales más usados por los fabricantes de diodos son el Silicio y el Germanio, de los cuales el Silicio es el preferido debido a sus bajos costos de refinación y el alto grado de pureza que se pueden alcanzar.

 

Principio de operación

Lo mas importante que debemos de entender es la polarización así que rápidamente hagamos un repaso de lo que ya hemos visto en otros post, si no los has leído te invito que les des una revisada para comprender mejor estos puntos.

 

Polarización

La unión de los materiales tipo n y tipo p generan una barrera que impide el flujo de electrones entre ambos materiales, esta barrera se llama zona de empobrecimiento y es la razón por la que un diodo puede funcionar como un conductor o un aislante, para poder vencer esta barrera el diodo debe ser excitado aplicando una diferencia de potencial en sus terminales lo que genera una polarización como se indica a continuación:

  • Sin polarización, indica que el diodo no tiene aplicado ningún voltaje entre sus terminales.
  • Polarización en directa, indica que el diodo tiene un diferencial aplicado en sus terminales y si este voltaje es suficientemente grande como para que los portadores libres venzan la barrera de empobrecimiento el diodo entra en conducción comportándose como un circuito cerrado.
  • Polarización en inversa, indica que el diodo tiene un diferencial de tensión aplicado en sus terminales, el positivo está conectado al material tipo n y el negativo conectado al tipo p, esto lleva a que la zona de empobrecimiento sea mayor impidiendo el flujo de corriente haciendo que el diodo se comporte como un circuito cerrado.

Algunos tipos de diodos trabajan con polarización en directa o en inversa y ofrecen resultados únicos, a continuación, dejamos los tipos de diodos más comunes.

 

¿Cuáles son los tipos de Diodos que podemos encontrar?

A continuación te dejo una lista con descripción y símbolo de los tipos de diodos mas usados en la industria, seguramente no son todos, por lo que me gustaría que me ayudaras compartiendo este artículo en tus redes sociales indicando que diodos no están en esta lista, nos ayudarías bastante, pero pasemos a lo importante.

 

Diodo detector o de baja señal

Hemos hablado que la mayoría de los fabricantes utilizan el Silicio por su abundancia y por qué relativamente es más fácil de refinar, sin embargo, cuando hablamos de altas frecuencias resulta ser que el Germanio es el material más conveniente y es precisamente de lo cual está hecho el diodo detector, el cual es un tipo de diodo caracterizado por tener una unión PN pequeña y con una excelente respuesta a altas frecuencias y con señales pequeñas, ya que su unión requiere de un menor voltaje para que el diodo entre en conducción. Su uso está presente en receptores de radio donde separan las señales de alta frecuencia o portadora de las señales de baja frecuencia o las señales audibles.

 

Diodo detector o de baja señal
Diodo detector o de baja señal

 

 

 

Diodo rectificador

El diodo rectificador es uno de los más usados en la industria y su funcionamiento es muy interesante, son utilizados principalmente en las fuentes de voltaje de corriente directa para separar los semiciclos de las ondas sinusoidales y así poder obtener señales de un solo signo que son más fáciles de filtrar para eliminar el rizado y obtener un voltaje continuo. Dentro de los tipos más utilizados de rectificación se encuentran:

 

Rectificadores de media onda

Es un circuito de un solo diodo al cual se le aplica un voltaje variable o corriente alterna, por ejemplo, una señala senoidal en sus terminales y durante el primer semiciclo estará polarizado en directa permitiendo el paso de la señal y se mantendrá en inversa durante el segundo semiciclo impidiendo el flujo de corriente.

 

Puente de diodos o rectificador de onda completa

Para lograr la rectificación de onda completa se emplean al menos 2 diodos y en el caso del puente rectificador son 4 diodos, al tener conectados esta cantidad de diodos se logra que a la salida del circuito se tengan los dos semiciclos de la señal senoidal esto resulta más eficiente ya que si pensamos en el área bajo la curva de la señal senoidal, con esta configuración se mantiene intacta idealmente.

 

Recortadores

Son una red de diodos que recortan una parte de la señal sin alterar el resto de la señal aplicada, el recortador más simple es el rectificador de media onda que vimos previamente, se construye usando un diodo y un resistor únicamente.

 

Puente de diodos o rectificador de onda completa
Puente de diodos o rectificador de onda completa

 

Diodos de potencia

El diodo de potencia está muy ligado a los diodos rectificadores incluso podría decirse que son aquellos que se utilizan en los puentes de diodos para fuentes de alimentación de alta potencia y altas temperaturas. La mayoría de los diodos de potencia se construyen de Silicio por su alto valor nominal de corriente, temperatura y voltaje pico en inversa PIV, la alta demanda de corriente requiere que la unión p-n se a mayor para disminuir la resistencia eléctrica cuando el diodo se polariza en directa ya que si la resistencia crece la perdida de potencia seria mayor aumentando la temperatura en los materiales. Para aumentar la capacidad de corriente en los diodos los puedes conectar en paralelo y el valor nominal del PIV conectándolos en serie.

 

Diodo Zener

Es un tipo de diodo que cuenta con la característica especial de mantener un voltaje constante entre sus terminales, los diodos Zener tienen un dopaje especial que permite polarizarlo en inversa y mantenerlo en la región Zener de la curva característica del diodo, en esta zona la corriente del diodo ID es igual a la corriente de saturación en inversa Iz provocando que el voltaje en las terminales del diodo no cambie mientras no supere la zona Zener, ya que al superar esta zona el diodo puede entrar en la zona de ruptura y quemarse.

Si variamos el nivel de dopado en los materiales, también variaremos la ubicación en la zona Zener, por lo tanto, el potencial Zener se reduce si el nivel de dopado aumenta el nivel de impurezas en los materiales. Esto permite la existencia de diodos Zener que soportan potenciales desde 1.8 Volts hasta unos 200 Volts, soportando potencias desde un cuarto de watts hasta unos cincuenta watts.

Si polarizamos en directa un diodo Zener, este se comportará idealmente igual a cualquier otro diodo.

 

Diodo Zener
Diodo Zener

 

Diodo varactor (varicap)

Los diodos varactores son conocidos también como varicap, VVC (capacitancia variable dependiente de voltaje) o de sintonización. El diodo varactor son considerados capacitores semiconductores dependientes del voltaje. Este tipo de diodo depende de la capacitancia que haya en la unión p-n cuando es polarizado en inversa. En condiciones de polarización en inversa existe una región de carga no recuperada en ambos lados de la unión de los materiales p-n que en conjunto forman la región de empobrecimiento.

Esta característica de capacitancia hace ideales a este tipo de diodo para aplicaciones como elementos de sintonía en receptores de radio, televisión, osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de frecuencias FM e incluso existe una variante de estos diodos de nombre SNAP empleados en circuitos de UHF y microondas.

 

Diodo varactor (varicap)
Diodo varactor (varicap)

 

Diodo emisor de luz LED

El diodo LED es un tipo de diodo que emite luz visible al energizarse, recordemos que en cualquier unión p-n polarizada en directa dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión p-n hay una recombinación de huecos y electrones, esta recombinación necesita que la energía adquirida por los electrones sea liberada y se transforme en otro estado, en todas las uniones n-p de los semiconductores una parte de esta energía se libera en forma de calor y otra en forma de fotones y depende del tipo de material semiconductor la energía se liberara en mayor o menor proporción.

En los diodos de Silicio y Germanio es mayor el porcentaje de energía liberado en forma de calor que en forma de fotones, por lo tanto, no vemos ningún destello durante su operación o cuando lo polarizamos en directa, esto hace que no sean elementos adecuados para la fabricación de leds.

Existe una combinación de elementos que con los cuales se pueden generar luz visible y su voltaje en directa varia, por ejemplo:

  • El azul se crea a partir de GaN con voltaje en directa de 5 volts.
  • El verde se crea a partir de GaP con voltaje en directa de 2.2 volts
  • El rojo se crea a partir de GaAsP con voltaje en directa de 1.8

Físicamente, los leds tienen una superficie metálica conductora externa conectada al material tipo p la cual es más pequeña para permitir la salida del máximo de fotones de energía luminosa cuando el led es conectado en directa.

 

Diodo emisor de luz LED
Diodo emisor de luz LED

 

 

Diodo LED RGB

Aun que es un tipo de LED, es importante saber que existe un LED que emite luz en 3 diferentes tonalidades Rojo, Verde y Azul, de allí las siglas RGB, siempre he mencionado que es como si tuvieras 3 LED conectados con un ánodo o catado común según sea el caso. Además, es muy interesante y sumamente colorido hacer proyectos escolares con este tipo de LED, ya que a través de un tren de impulsos, puedes generar hasta 16 millones de colores entre muchas otras cosas, por ejemplo, las tiras de LED RGB son de las mas vendidas, por que son sumamente vistosas.

 

LED RGB conectado en ánodo común
LED RGB conectado en ánodo común

 

 

LED infrarrojo

Los diodos emisores de luz infrarroja como los LED infrarrojos están construidos principalmente por Arseniuro de Galio de estado sólido que emiten un flujo radiante cuan se conecta en directa. Cuando la región de la unión se polariza en directa, los electrones de a región n se recombinan con los huecos excedentes de la región p en una región de recombinación situada entre los materiales p y n, esta recombinación provoca que el diodo emita una radiación de energía en forma de fotones, los cuales se reabsorben en la estructura o abandonan el dispositivo en forma de energía radiante.

 

Emisor de un led infrarrojo
Emisor de un LED infrarrojo

 

 

Diodo emisor de luz LÁSER

Este tipo de diodo como otros emisores de luz irradian energía tras la recombinación de los electrones con los huecos de los materiales extrínsecos p y n de su estructura, estos leds irradian una poderosa luz invisible para el ojo humano fuertemente concentrada, también son conocidos como láseres de inyección o ILD’s y son usados en muchas aplicaciones como en los lectores de CD, DVD, Blueh-ray, HD-DVD, interconexiones ópticas en los circuitos integrados, impresoras láser, etc.

 

Diodo estabilizador

Más que un diodo se trata de un conjunto de diodos conectados en serie y polarizado en directa con el propósito de estabilizar el voltaje a tensiones bajas tal y como lo haría un diodo Zener.

 

Diodo túnel Esaki

En 1958 Leo Esaki presentó el diodo túnel por que también se le conoce como diodo Esaki y tiene una característica que lo diferencia de prácticamente todos los otros diodos, un diodo túnel posee una región de resistencia interna negativa, en esta región un incremento del voltaje terminal reduce la corriente del diodo. El diodo túnel se fabrica dopando los materiales semiconductores que forman la unión p-n a un nivel de 100 o varios miles de veces más al de un diodo semiconductor típico. La región de empobrecimiento en un diodo túnel es muy pequeña y hace que los portadores la penetren a velocidades que exceden por mucho a los diodos convencionales, por lo que los hacen ideales en aplicaciones de ala velocidad, por ejemplo, computadoras donde se necesitan conmutaciones de nanosegundos o picosegundos.

 

Diodo PIN

Los diodos PIN son aquellos semiconductores que tienen una estructura de 3 capas, las capas externas son de material tipo p y n, mientras la capa intermedia es un material intrínseco, de allí recibe el nombre de PIN, P por el material tipo p, I por el material intrínseco y N por el material tipo N, sin embargo, en la práctica comúnmente la capa intrínseca se cambia por un material tipo P de alta resistividad o por una capa tipo n igualmente de alta resistividad. Los diodos tipo PIN principalmente son utilizados como conmutadores de alta frecuencia o como resistencias variables por voltaje ya que la velocidad en que tardan los portadores de libres en atravesar la unión es sumamente elevada.

 

 

Diodo PIN
Diodo PIN

 

Diodo BACKWARD

Este diodo es una variación del diodo Zener y el diodo túnel, este diodo también es llamado back diode o diodo hacia atrás, está construido de Germanio y se caracteriza por mantener una mejor conducción al ser polarizado en inversa que al ser conectado en directa.

 

Diodo BACKWARD
Diodo BACKWARD

 

Diodo de barrera SCHOTTKY

El diodo Schottky también es conocido como barrera superficial o portadores calientes y es un dispositivo con una rápida respuesta a altas frecuencias y de bajo ruido, inclusive lo podemos encontrar en fuentes de alimentación de alto voltaje y baja corriente, también lo podemos encontrar en la lógica TTL Schottky para computadoras.

Su construcción es bastante diferente a la convencional p-n y se trata de la unión de un metal semiconductor, donde el material semiconductor normalmente es Silicio tipo n y en algunas ocasiones tipo p, mientras que el metal puede ser molibdeno, platino, cromo o tungsteno. Esta estructura causa que en ambos materiales el electrón sea el portador mayoritario y los huecos sean insignificantes. Cuando los materiales se unen los electrones del material tipo n fluyen de inmediato al material metálico estableciendo un flujo de portadores mayoritarios y como tienen un nivel de energía cinética mayor a los electrones que ya se encuentran en el metal se llaman portadores calientes.

 

Diodo de barrera SCHOTTKY
Diodo de barrera SCHOTTKY

 

Fotodiodos

Los fotodiodos se construyen a partir de la unión de elementos semiconductores p-n y su región de operación se limita a la polarización en inversa, los fotodiodos vienen con un tipo de ventana transparente que permite el paso de la luz a la unión p-n, permitiendo que la energía de las ondas luminosas o fotones lleguen a la estructura atómica de los elementos, dando como resultado un incremento de portadores minoritarios y corriente inversa, por lo tanto, si la luz aumenta la corriente en inversa también crecerá, se utilizan mucho en sistemas de iluminación, sistemas de seguridad, contadores de objetos, etc. 

Fotodiodos
Fotodiodos

 

 

 

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Juan Carlos G

Electrónica y diseño web


Cree este blog para compartir uno de los temas que más me apasionan que es la electrónica, por lo tanto, además de tutoriales de electrónica, encontrarás en algunas páginas recomendaciones de productos relacionados a los LED principalmente.

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