Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un corto circuito con muy pequeña resistencia eléctrica.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.
Curva característica del diodo
Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ).La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.
Corriente máxima (Imax ).Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.
Corriente inversa de saturación (Is ).Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.
Corriente superficial de fugas.Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial
de fugas.Tensión de ruptura (Vr ).Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.
Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos:
Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.
Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.
Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.
Modelos matemáticos
El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:
Donde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A)
q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19
T es la temperatura absoluta de la unión
k es la constante de Boltzmann
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
Donde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A)
q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19
T es la temperatura absoluta de la unión
k es la constante de Boltzmann
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
Aplicaciones del diodo
rectificador de media onda
rectificador en paralelo
doblador de tension
estabilizador zener
recortador
circuito fijador
multiplicador de tension
divisor de tension
Modelos matemáticos
El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:
Donde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A)
q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19
T es la temperatura absoluta de la unión
k es la constante de Boltzmann
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
Donde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo
VD es la diferencia de tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación (aproximadamente 10 − 12A)
q es la carga del electrón cuyo valor es 1.6 * 10 − 19
T es la temperatura absoluta de la unión
k es la constante de Boltzmann
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio).
El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún, que modelan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
