Los diodos semiconductores se utilizan ampliamente en la industria electrónica y la electrónica. Se utilizan de forma independiente y como unión p-n de transistores y muchos otros dispositivos. Como componente discreto, los diodos son una parte clave de muchos circuitos electrónicos. Encuentran muchas aplicaciones que van desde aplicaciones de baja potencia hasta rectificadores.
¿Qué es un diodo?
Traducido del griego, el nombre de este elemento electrónico significa literalmente "dos terminales". Se llaman ánodo y cátodo. En un circuito, la corriente fluye del ánodo al cátodo. El diodo semiconductor es un elemento de un solo lado y el flujo de corriente en la dirección opuesta está bloqueado.
Principio de funcionamiento
El dispositivo de los diodos semiconductores es muy diferente. Esta es la razón por la que existen muchos tipos de ellos, que difieren tanto en su valor nominal como en las funciones que realizan. Sin embargo, en la mayoría de los casos el principio básicoEl funcionamiento de los diodos semiconductores es el mismo. Contienen una unión p-n, que proporciona su funcionalidad básica.
Este término generalmente se usa en referencia a la forma estándar de un diodo. De hecho, se aplica a casi cualquier tipo de ellos. Los diodos forman la columna vertebral de la industria electrónica moderna. Todo, desde elementos simples y transistores hasta microprocesadores modernos, se basa en semiconductores. El principio de funcionamiento de un diodo semiconductor se basa en las propiedades de los semiconductores. La tecnología se basa en un grupo de materiales cuya introducción de impurezas en la red cristalina permite obtener regiones en las que los huecos y los electrones son portadores de carga.
P-n-unión
El diodo tipo p-n obtuvo su nombre porque usa una unión p-n que permite que la corriente fluya en una sola dirección. El elemento tiene otras propiedades que también son muy utilizadas. Los diodos semiconductores, por ejemplo, pueden emitir y detectar luz, cambiar la capacitancia y regular el voltaje.
P-n-junction es una estructura básica de semiconductores. Como sugiere el nombre, es una unión entre regiones de tipo p y tipo n. La transición permite que los portadores de carga se muevan en una sola dirección, lo que, por ejemplo, hace posible convertir la corriente alterna en corriente continua.
Los diodos estándar suelen estar hechos de silicio, aunque también se utilizan germanio y otros materiales semiconductores, principalmente para fines especiales.
Voltio-amperaje característico
El diodo se caracteriza por una curva de corriente-voltaje, que se puede dividir en 2 ramas: directa e inversa. En sentido contrario, la corriente de fuga es cercana a 0, pero al aumentar la tensión aumenta lentamente y, cuando se alcanza la tensión de ruptura, comienza a aumentar bruscamente. En la dirección directa, la corriente aumenta rápidamente con el voltaje aplicado por encima del umbral de conducción, que es de 0,7 V para diodos de silicio y 0,4 V para germanio. Las celdas que usan diferentes materiales tienen diferentes características de voltios-amperios y umbral de conducción y voltajes de ruptura.
El diodo de unión p-n se puede considerar como un dispositivo de nivel básico. Es ampliamente utilizado en muchas aplicaciones que van desde circuitos de señal y detectores hasta limitadores o supresores de transitorios en bobinas de inducción o relé y rectificadores de alta potencia.
Características y parámetros
Las especificaciones del diodo proporcionan muchos datos. Sin embargo, no siempre se dispone de explicaciones precisas de lo que son. A continuación se muestran los detalles de las diversas características y parámetros del diodo, que se dan en las especificaciones.
Material semiconductor
El material utilizado en las uniones p-n es de suma importancia porque afecta muchas de las características fundamentales de los diodos semiconductores. El silicio es el más utilizado debido a su alta eficiencia y bajo costo de producción. Otro de uso frecuenteel elemento es germanio. Otros materiales se utilizan normalmente en diodos de propósito especial. La elección del material semiconductor es importante porque determina el umbral de conducción: alrededor de 0,6 V para el silicio y 0,3 V para el germanio.
Caída de tensión en modo corriente continua (U pr.)
Cualquier circuito eléctrico por el que pasa corriente provoca una caída de tensión, y este parámetro de un diodo semiconductor es de gran importancia, especialmente para la rectificación, cuando las pérdidas de potencia son proporcionales a U media. Además, los componentes electrónicos a menudo necesitan proporcionar una pequeña caída de voltaje, porque las señales pueden ser débiles, pero aún así deben superarla.
Esto sucede por dos razones. El primero radica en la naturaleza misma de la unión p-n y es el resultado de un voltaje de umbral de conducción que permite que la corriente atraviese la capa de agotamiento. El segundo componente es la pérdida resistiva normal.
El indicador es de gran importancia para los diodos rectificadores, que pueden transportar grandes corrientes.
Voltaje inverso pico (U arr. max)
Este es el voltaje inverso más alto que puede soportar un diodo semiconductor. No debe excederse, de lo contrario el elemento puede fallar. No es solo el voltaje RMS de la señal de entrada. Cada circuito debe ser considerado por sus méritos, pero para un rectificador simple de media onda con un capacitor de suavizado, recuerde que el capacitor mantendrá un voltaje igual al pico de la entrada.señal. Entonces, el diodo estará sujeto al pico de la señal entrante en la dirección inversa y, por lo tanto, en estas condiciones habrá un voltaje inverso máximo igual al valor pico de la onda.
Corriente directa máxima (U pr. max)
Al diseñar un circuito eléctrico, asegúrese de que no se excedan los niveles máximos de corriente de diodo. A medida que aumenta la corriente, se genera calor adicional, que debe eliminarse.
Corriente de fuga (I arr.)
En un diodo ideal, no debería haber corriente inversa. Pero en uniones p-n reales, se debe a la presencia de portadores de carga minoritarios en el semiconductor. La cantidad de corriente de fuga depende de tres factores. Obviamente, el más significativo de ellos es el voltaje inverso. Además, la corriente de fuga depende de la temperatura; con su crecimiento, aumenta significativamente. Además, depende en gran medida del tipo de material semiconductor. En este sentido, el silicio es mucho mejor que el germanio.
La corriente de fuga se determina a un cierto voltaje inverso ya una cierta temperatura. Por lo general, se especifica en microamperios (ΜA) o picoamperios (pA).
Capacidad de transición
Todos los diodos semiconductores tienen capacitancia de unión. La zona de agotamiento es una barrera dieléctrica entre dos placas que se forman en el borde de la región de agotamiento y la región con la mayoría de los portadores de carga. El valor real de la capacitancia depende del voltaje inverso, lo que conduce a un cambio en la zona de transición. Su aumento amplía la zona de agotamiento y, en consecuencia,reduce la capacidad. Este hecho se aprovecha en varactores o varicaps, pero para otras aplicaciones, especialmente aplicaciones de RF, este efecto debe minimizarse. El parámetro generalmente se especifica en pF a un voltaje dado. Están disponibles diodos especiales de baja resistencia para muchas aplicaciones de RF.
Tipo de caso
Dependiendo del propósito, los diodos semiconductores se producen en paquetes de varios tipos y formas. En algunos casos, especialmente cuando se usa en circuitos de procesamiento de señales, el paquete es un elemento clave para determinar las características generales de ese elemento electrónico. En circuitos de potencia donde la disipación de calor es importante, el paquete puede determinar muchos de los parámetros generales de un diodo. Los dispositivos de alta potencia deben poder conectarse a un disipador de calor. Los artículos más pequeños se pueden producir en estuches de plomo o como dispositivos de montaje en superficie.
Tipos de diodos
A veces es útil familiarizarse con la clasificación de los diodos semiconductores. Sin embargo, algunos artículos pueden pertenecer a varias categorías.
Diodo invertido. Aunque no es tan utilizado, es un tipo de elemento de tipo p-n, que en su acción es muy similar al túnel. Cuenta con baja caída de voltaje en estado activo. Encuentra uso en detectores, rectificadores e interruptores de alta frecuencia.
Diodo de tránsito de inyección. Tiene mucho en común con el vuelo de avalancha más común. Se utiliza en generadores de microondas y sistemas de alarma.
Diodo Gunn. No pertenece al tipo p-n, pero es un dispositivo semiconductor con dos terminales. Se usa comúnmente para generar y convertir señales de microondas en el rango de 1 a 100 GHz.
La emisión de luz o LED es uno de los tipos más populares de componentes electrónicos. En polarización directa, la corriente que fluye a través de la unión hace que se emita luz. Utilizan semiconductores compuestos (por ejemplo, arseniuro de galio, fosfuro de galio, fosfuro de indio) y pueden brillar en una variedad de colores, aunque originalmente se limitaban al rojo únicamente. Hay muchos desarrollos nuevos que están cambiando la forma en que funcionan y se producen las pantallas, siendo OLED un ejemplo.
Fotodiodo. Se utiliza para detectar la luz. Cuando un fotón golpea una unión p-n, puede crear electrones y huecos. Los fotodiodos normalmente funcionan en condiciones de polarización inversa, donde incluso las pequeñas corrientes generadas por la luz pueden detectarse fácilmente. Los fotodiodos se pueden utilizar para generar electricidad. A veces se utilizan elementos tipo pin como fotodetectores.
Pin-diodo. El nombre del elemento electrónico describe bien el dispositivo de un diodo semiconductor. Tiene regiones estándar de tipo p y n, pero hay una región interna sin impurezas entre ellas. Tiene el efecto de aumentar el área de la región de empobrecimiento, lo que puede ser útil para conmutación, así como en fotodiodos, etc.
La unión p-n estándar se puede considerar como normalo el tipo estándar de diodo que se usa hoy en día. Se pueden utilizar en RF u otras aplicaciones de bajo voltaje, así como rectificadores de alto voltaje y alta potencia.
Diodos Schottky. Tienen una caída de tensión directa más baja que los semiconductores de silicio de tipo p-n estándar. A bajas corrientes, puede ser de 0,15 a 0,4 V, y no de 0,6 V, como con los diodos de silicio. Para hacer esto, no se fabrican como de costumbre: utilizan un contacto de metal-semiconductor. Son ampliamente utilizados como limitadores, rectificadores y en equipos de radio.
Diodo con acumulación de carga. Es un tipo de diodo de microondas utilizado para generar y dar forma a pulsos a muy altas frecuencias. Su funcionamiento se basa en una característica de disparo muy rápido.
Diodo láser. Se diferencia de la emisión de luz ordinaria en que produce luz coherente. Los diodos láser se utilizan en muchos dispositivos, desde unidades de DVD y CD hasta punteros láser. Son mucho más baratos que otras formas de láser, pero significativamente más caros que los LED. Tienen una vida útil limitada.
Diodo túnel. Aunque hoy en día no se usa mucho, anteriormente se usaba en amplificadores, osciladores y dispositivos de conmutación, circuitos de temporización de osciloscopios, cuando era más eficiente que otros elementos.
Varactor o varicap. Se utiliza en muchos dispositivos de RF. Para este diodo, la polarización inversa cambia el ancho de la capa de agotamiento según el voltaje aplicado. En esta configuración seactúa como un capacitor con una región de agotamiento que actúa como dieléctrico aislante y placas formadas por las regiones conductoras. Se utiliza en osciladores controlados por voltaje y filtros de RF.
Diodo Zener. Es un tipo de diodo muy útil ya que proporciona un voltaje de referencia estable. Debido a esto, el diodo zener se usa en grandes cantidades. Funciona en condiciones de polarización inversa y se abre paso cuando se alcanza una cierta diferencia de potencial. Si la corriente está limitada por una resistencia, esto proporciona un voltaje estable. Ampliamente utilizado para estabilizar fuentes de alimentación. Hay 2 tipos de ruptura inversa en los diodos zener: descomposición zener e ionización por impacto.
Por lo tanto, varios tipos de diodos semiconductores incluyen elementos para aplicaciones de baja y alta potencia, que emiten y detectan luz, con baja caída de tensión directa y capacitancia variable. Además de esto, hay una serie de variedades que se utilizan en la tecnología de microondas.
