Los diodos semiconductores se utilizan ampliamente enIndustria electrónica y electrónica. Se utilizan tanto de forma independiente como como unión p-n de transistores y muchos otros dispositivos. Como componente discreto, los diodos son una parte clave de muchos circuitos electrónicos. Encuentran muchos usos, que van desde aplicaciones de baja potencia hasta rectificadores actuales.
¿Qué es un diodo?
Traducido del griego, el nombre de esteelemento electrónico significa literalmente "dos terminales". Se llaman ánodo y cátodo. En el circuito, la corriente fluye del ánodo al cátodo. Un diodo semiconductor es un elemento unidireccional y el flujo de corriente en la dirección opuesta está bloqueado.
Principio de operación
El diseño de los diodos semiconductores es muy diferente.Esta es la razón por la que existen muchos tipos de ellos, que se diferencian tanto en la denominación como en las funciones que desempeñan. Sin embargo, en la mayoría de los casos el principio operativo básico de los diodos semiconductores es el mismo. Contienen una unión p-n, que proporciona su funcionalidad básica.
Este término se utiliza habitualmente en relación conforma de diodo estándar. De hecho, se aplica a casi cualquier tipo de ellos. Los diodos forman la base 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 zonas en las que los portadores de carga son huecos y electrones.
Unión PN
El diodo tipo pn recibió su nombre porqueUtiliza 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, son capaces de emitir y detectar luz, cambiar la capacitancia y regular el voltaje.
La unión p-n es un semiconductor básico.estructura. Como sugiere el nombre, es una unión entre regiones de tipo p y n. La unión permite que los portadores de carga se muevan en una sola dirección, lo que, por ejemplo, permite convertir corriente alterna en corriente continua.
Los diodos estándar suelen estar fabricados de silicio, aunque también se utilizan germanio y otros materiales semiconductores, principalmente para fines especiales.
Características de voltios-amperios
El diodo se caracteriza por una curva corriente-voltaje,que se puede dividir en 2 ramas: directa y inversa. En la dirección opuesta, la corriente de fuga es cercana a 0, pero al aumentar el voltaje aumenta lentamente y cuando se alcanza el voltaje de ruptura, comienza a aumentar bruscamente. En la dirección directa, la corriente aumenta rápidamente al aumentar el voltaje aplicado por encima del umbral de conducción, que es 0,7 V para diodos de silicio y 0,4 V para diodos de germanio. Los elementos que utilizan otros materiales tienen diferentes características corriente-voltaje y voltajes umbral de conducción y ruptura.
Un diodo con unión pn se puede considerar comoDispositivo de nivel básico. Se utiliza ampliamente en muchas aplicaciones, desde circuitos de señales y detectores hasta limitadores o supresores de transitorios en bobinas de inducción o relés y rectificadores de alta potencia.
Características y parámetros.
Las especificaciones de diodo proporcionan un gran volumen.datos. Sin embargo, no siempre se dispone de explicaciones precisas de lo que son. A continuación se detallan las diversas características y parámetros del diodo, que se detallan en las especificaciones.
Material semiconductor
El material utilizado en las uniones p-n tienede suma importancia porque afecta muchas de las características básicas de los diodos semiconductores. El silicio es el material más utilizado debido a su alta eficiencia y bajos costes de producción. Otro elemento comúnmente utilizado es el germanio. Normalmente se utilizan otros materiales en diodos para fines especiales. La elección del material semiconductor es importante porque determina el umbral de conductividad: aproximadamente 0,6 V para el silicio y 0,3 V para el germanio.
Caída de tensión en modo de corriente directa (U pr.)
Cualquier circuito eléctrico por el que pasacorriente, provoca una caída de voltaje, y este parámetro de un diodo semiconductor es de gran importancia, especialmente para la rectificación, donde la pérdida de potencia es proporcional a U av. Además, los componentes electrónicos a menudo deben proporcionar una pequeña caída de voltaje, ya que las señales pueden Ser débil, pero aún necesita ser superado.
Esto sucede por dos razones.La primera es la naturaleza misma de la unión pn y es el resultado del voltaje umbral de conducción que permite que la corriente cruce la capa de agotamiento. El segundo componente son las pérdidas resistivas normales.
El indicador es de gran importancia para los diodos rectificadores, a través de los cuales pueden pasar grandes corrientes.
Tensión inversa máxima (U rev. máx.)
Este es el voltaje inverso más alto queEl diodo semiconductor puede resistir. No se debe exceder, de lo contrario el elemento podría fallar. No es sólo el voltaje RMS de la señal entrante. Cada circuito debe considerarse por sus propios 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 señal de entrada. Luego, el diodo estará expuesto al pico de la señal entrante en la dirección inversa, por lo que, en estas condiciones, habrá un voltaje inverso máximo igual al valor máximo de la onda.
Corriente directa máxima (U pr. max)
Al diseñar un circuito eléctrico es necesarioAsegúrese de que no se excedan los niveles máximos de corriente del diodo. A medida que aumenta la corriente, se genera calor adicional que debe eliminarse.
Corriente de fuga (I rev.)
En un diodo ideal no debería haber corriente inversa.Pero en las uniones p-n reales existe debido a la presencia de portadores de carga minoritarios en el semiconductor. La intensidad de la corriente de fuga depende de tres factores. Obviamente, el más importante de ellos es el voltaje inverso. Además, la corriente de fuga depende de la temperatura: a medida que aumenta, 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 y una temperatura específica. Generalmente se especifica en microamperios (μA) o picoamperios (pA).
capacitancia de transferencia
Todos los diodos semiconductores tienen una capacitancia.transición. 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 de capacitancia real depende del voltaje inverso, lo que hace que cambie la zona de transición. Aumentarlo expande la zona de agotamiento y por lo tanto reduce la capacidad. Este hecho se utiliza en varactores o varicaps, pero para otras aplicaciones, especialmente radiofrecuencia, este efecto debe mantenerse al mínimo. El parámetro generalmente se especifica en pF a un voltaje determinado. Hay diodos especiales de baja impedancia disponibles para muchas aplicaciones de RF.
tipo de concha
Dependiendo del propósito, semiconductorLos diodos se producen en paquetes de varios tipos y formas. En algunos casos, especialmente cuando se utiliza en circuitos de procesamiento de señales, el paquete es un elemento clave para determinar las características generales de ese elemento electrónico. En circuitos de energía donde la disipación de calor es importante, la carcasa puede determinar muchos parámetros comunes de los diodos. Los dispositivos de alta potencia deben poder conectarse a un radiador. Las celdas pequeñas se pueden producir en carcasas de plomo o como dispositivos de montaje en superficie.
Tipos de diodos
A veces resulta útil familiarizarse con la clasificación de los diodos semiconductores. Sin embargo, algunos elementos pueden pertenecer a varias categorías.
Diodo invertido.Aunque no se usa tan ampliamente, es un tipo de elemento tipo pn que funciona de manera muy similar a un elemento de túnel. Presenta una baja caída de voltaje en estado abierto. Encuentra aplicación en detectores, rectificadores e interruptores de alta frecuencia.
Diodo de tránsito de inyección. Tiene mucho en común con el vuelo de avalancha más común. Utilizado en generadores de microondas y sistemas de alarma.
Diodo Gunn. No es de tipo pn, sino que es un dispositivo semiconductor con dos terminales. Se utiliza habitualmente para generar y convertir señales de microondas en el rango de 1 a 100 GHz.
El diodo emisor de luz o LED es uno de los mástipos populares de elementos electrónicos. En polarización directa, la corriente que fluye a través de la unión provoca 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 inicialmente se limitan solo al rojo. Hay muchos desarrollos nuevos que están cambiando la forma en que funcionan y se producen las pantallas, un ejemplo de los cuales son los LED OLED.
Fotodiodo. Se utiliza para detectar la luz.Cuando un fotón golpea una unión pn, puede crear electrones y agujeros. Los fotodiodos normalmente funcionan en condiciones de polarización inversa, donde incluso las corrientes pequeñas resultantes de la luz pueden detectarse fácilmente. Los fotodiodos se pueden utilizar para generar electricidad. A veces se utilizan elementos tipo pin como fotodetectores.
Diodo pin.El nombre del elemento electrónico describe bien la estructura del diodo semiconductor. Tiene regiones estándar de tipo p y n, pero entre ellas hay una región interna sin impurezas. Tiene el efecto de aumentar el área de la región de agotamiento, lo que puede resultar útil tanto para conmutación como para fotodiodos, etc.
Una unión pn estándar se puede considerar comoel tipo común o estándar de diodo que se utiliza hoy en día. Se pueden utilizar en RF u otras aplicaciones de bajo voltaje, así como en rectificadores de alto voltaje y alta potencia.
Diodos Schottky.Tienen una caída de tensión directa menor que los semiconductores de silicio estándar tipo pn. A corrientes bajas puede ser de 0,15 a 0,4 V, y no de 0,6 V, como ocurre con los diodos de silicio. Para ello, no se fabrican como de costumbre, sino que se utiliza un contacto de metal semiconductor. Se utilizan ampliamente como limitadores, rectificadores y en equipos de radio.
Diodo de almacenamiento de carga.Es un tipo de diodo de microondas que se utiliza para generar y dar forma a pulsos a frecuencias muy altas. Su funcionamiento se basa en una característica de apagado muy rápido.
Diodo láser.Se diferencia de la emisión de luz normal porque 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 otros tipos de láseres, pero significativamente más caros que los LED. Tienen una vida útil limitada.
Diodo de túnel.Aunque no se usa mucho hoy en día, anteriormente se usaba en amplificadores, osciladores y dispositivos de conmutación, y circuitos de disparo de osciloscopios cuando era más eficiente que otros elementos.
Varactor o varicap.Utilizado en muchos dispositivos de radiofrecuencia. En este diodo, la polarización inversa cambia el ancho de la capa de agotamiento dependiendo del voltaje aplicado. En esta configuración, actúa como un condensador con la región de agotamiento actuando como un dieléctrico aislante y las placas formadas por las regiones conductoras. Utilizado en osciladores controlados por voltaje y filtros de radiofrecuencia.
Diodo Zener.Es un tipo de diodo muy útil porque proporciona un voltaje de referencia estable. Debido a esto, los diodos Zener se utilizan en grandes cantidades. Opera 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 garantiza un voltaje estable. Ampliamente utilizado para estabilizar fuentes de alimentación. Hay 2 tipos de descomposición inversa en los diodos Zener: descomposición Zener e ionización por impacto.
Así, diferentes tipos de semiconductoresLos diodos 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, existen varias variedades que se utilizan en la tecnología de microondas.
