DiodoDiodoDiode-closeup.jpgDiodo en primer plano. Ntese la forma cuadrada del cristal semiconductor (objeto negro de la izquierda).TipoSemiconductorPrincipio de funcionamientoEfecto EdisonFecha de invencinJohn Ambrose Fleming (1904)Smbolo electrnicoDiode01.svgConfiguracinnodo y Ctodo[editar datos en Wikidata]Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. El diodo de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco con dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.

De forma simplificada, la curva caracterstica 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 circuito cerrado con una resistencia elctrica muy pequea. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier seal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento est basado en los experimentos de Lee De Forest.

Los primeros diodos eran vlvulas o tubos de vaco, tambin llamados vlvulas termoinicas constituidos por dos electrodos rodeados de vaco en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lmparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basndose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.

Al igual que las lmparas incandescentes, los tubos de vaco tienen un filamento (el ctodo) a travs del cual circula la corriente, calentndolo por efecto Joule. El filamento est tratado con xido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vaco circundante los cuales son conducidos electrostticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el nodo), producindose as la conduccin. Evidentemente, si el ctodo no se calienta, no podr ceder electrones. Por esa razn, los circuitos que utilizaban vlvulas de vaco requeran un tiempo para que las vlvulas se calentaran antes de poder funcionar y las vlvulas se quemaban con mucha facilidad.

ndice [ocultar] 1 Historia2 Diodos termoinicos y de estado gaseoso3 Diodo semiconductor3.1 Polarizacin directa de un diodo3.2 Polarizacin inversa de un diodo3.3 Curva caracterstica del diodo3.4 Modelos matemticos4 Tipos de diodo semiconductor5 Aplicaciones del diodo6 Referencias7 Enlaces externosHistoria[editar]

Diodo de vaco, usado comnmente hasta la invencin del diodo semiconductor, este ltimo tambin llamado diodo de estado slido.Aunque el diodo semiconductor de estado slido se populariz antes del diodo termoinico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo.

En 1873 Frederick Guthrie descubri el principio de operacin de los diodos trmicos. Guhtrie descubri que un electroscopio cargado positivamente podra descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que ste lo tocara. No suceda lo mismo con un electroscopio cargado negativamente, reflejando esto que el flujo de corriente era posible solamente en una direccin.

Independientemente, el 13 de febrero de 1880 Thomas Edison re-descubre el principio. A su vez, Edison investigaba por qu los filamentos de carbn de las bombillas se quemaban al final del terminal positivo. l haba construido una bombilla con un filamento adicional y una con una lmina metlica dentro de la lmpara, elctricamente aislada del filamento. Cuando us este dispositivo, confirm que una corriente fluia del filamento incandescente a travs del vaco a la lmina metlica, pero esto slo suceda cuando la lmina estaba conectada positivamente.

Edison dise un circuito que reemplaza la bombilla por un resistor con un voltmetro de DC. Edison obtuvo una patente para este invento en 1884. Aparentemente no tena uso prctico para esa poca. Por lo cual, la patente era probablemente para precaucin, en caso de que alguien encontrara un uso al llamado Efecto Edison.

Aproximadamente 20 aos despus, John Ambrose Fleming (cientfico asesor de Marconi Company y antiguo empleado de Edison) se dio cuenta que el efecto Edison podra usarse como un radio detector de precisin. Fleming patent el primer diodo termoinico en Gran Bretaa el 16 de noviembre de 1904.

En 1874 el cientfico alemn Karl Ferdinand Braun descubri la naturaleza de conducir por una sola direccin de los cristales semiconductores. Braun patent el rectificador de cristal en 1899. Los rectificadores de xido de cobre y selenio fueron desarrollados para aplicaciones de alta potencia en la dcada de los 1930.

El cientfico indio Jagdish Chandra Bose fue el primero en usar un cristal semiconductor para detectar ondas de radio en 1894. El detector de cristal semiconductor fue desarrollado en un dispositivo prctico para la recepcin de seales inalmbricas por Greenleaf Whittier Pickard, quin invent un detector de cristal de silicio en 1903 y recibi una patente de ello el 20 de noviembre de 1906. Otros experimentos probaron con gran variedad de sustancias, de las cuales se us ampliamente el mineral galena. Otras sustancias ofrecieron un rendimiento ligeramente mayor, pero el galena fue el que ms se us porque tena la ventaja de ser barato y fcil de obtener. Al principio de la era del radio, el detector de cristal semiconductor consista de un cable ajustable (el muy nombrado bigote de gato) el cual se poda mover manualmente a travs del cristal para as obtener una seal ptima. Este dispositivo problemtico fue rpidamente superado por los diodos termoinicos, aunque el detector de cristal semiconductor volvi a usarse frecuentemente con la llegada de los econmicos diodos de germanio en la dcada de 1950.

En la poca de su invencin, estos dispositivos fueron conocidos como rectificadores. En 1919, William Henry Eccles acu el trmino diodo del griego dia, que significa separado, y ode (de ), que significa camino.

Diodos termoinicos y de estado gaseoso[editar]

Smbolo de un diodo de vaco o gaseoso. De arriba a abajo, sus componentes son, el nodo, el ctodo, y el filamento.Los diodos termoinicos son dispositivos de vlvula termoinica (tambin conocida como tubo de vaco), que consisten en un arreglo de electrodos empacados en un vidrio al vaco. Los primeros modelos eran muy parecidos a la lmpara incandescente.

En los diodos de vlvula termoinica, una corriente a travs del filamento que se va a calentar calienta indirectamente el ctodo, otro electrodo interno tratado con una mezcla de Bario y xido de estroncio, los cuales son xidos alcalinotrreos; se eligen estas sustancias porque tienen una pequea funcin de trabajo (algunas vlvulas usan calentamiento directo, donde un filamento de tungsteno acta como calentador y como ctodo). El calentamiento causa emisin termoinica de electrones en el vaco. En polarizacin directa, el nodo estaba cargado positivamente por lo cual atraa electrones. Sin embargo, los electrones no eran fcilmente transportados de la superficie del nodo que no estaba caliente cuando la vlvula termoinica estaba en polarizacin inversa. Adems, cualquier corriente en este caso es insignificante.

En la mayor parte del siglo xx, los diodos de vlvula termoinica se usaron en aplicaciones de seales anlogas, rectificadores y potencia. Hasta el da de hoy, los diodos de vlvula solamente se usan en aplicaciones exclusivas como rectificadores en guitarras elctricas, amplificadores de audio, as como equipo especializado de alta tensin.

Diodo semiconductor[editar]

Formacin de la regin de agotamiento, en la grfica z.c.e.Un diodo semiconductor moderno est hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en l para crear una regin que contiene portadores de carga negativa (electrones), llamado semiconductor de tipo n, y una regin en el otro lado que contiene portadores de carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada regin. El lmite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unin PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado ctodo), pero no en la direccin opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del nodo al ctodo (opuesto al flujo de los electrones).

Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusin, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unin, zona que recibe el nombre de regin de agotamiento.

A medida que progresa el proceso de difusin, la regin de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico (E) que actuar sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondr a la corriente de electrones y terminar detenindolos.

Este campo elctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensin entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio.

La anchura de la regin de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales est mucho ms dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensin externa, se dice que el diodo est polarizado, pudiendo ser la polarizacin directa o inversa.

Polarizacin directa de un diodo[editar]

Polarizacin directa del diodo pn.En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Para que un diodo est polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batera al nodo del diodo y el polo negativo al ctodo. En estas condiciones podemos observar que:

El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unin p-n.El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es

EL DIODO

Componente electrnico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. La flecha de la representacin simblica muestra la direccin en la que fluye la corriente.

Es el dispositivo semiconductor ms sencillo y se puede encontrar prcticamente en cualquier circuito electrnico.

Constan de la unin de dos tipos de material semiconductor, uno tipo N y otro tipo P, separados por una juntura llamada barrera o unin.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la ms utilizada) y de germanio. Esta barrera o unin es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

El diodo se puede puede hacer funcionar de 2 maneras diferentes:

Polarizacin directa:Cuando la corriente circula en sentido directo, es decir del nodo A al ctodo K, siguiendo la ruta de la flecha (la del diodo). En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportndose prcticamente como un corto circuito. El diodo conduce.

Diodo en polarizacin directa

Polarizacin inversa:Cuando una tensin negativa en bornes del diodo tiende a hacer pasar la corriente en sentido inverso, opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del ctodo al nodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prcticamente como un circuito abierto. El diodo est bloqueado.

Diodo en polarizacin inversa

En el caso ideal, el diodo se comporta como un cortociorcuito cuando est polarizado en directa y como un circuito abiero cuando est polarizado en inversa. Las curvas caractersticas corriente-tensin real e ideal se muestran a continuacin:

Caracterstica i-v real

Caracterstica i-v ideal

Una caracterstica importante de un diodo o ideal es la corriente de recuperacin inversa. Cuando un diodo pasa de conduccin a corte, la corriente en l disminuye y, momentneamente se hace negativa antes de alcanzar el valor cero, como se muestra en la siguiente figura.

Qu es un diodo semiconductor?Smbolo del diodo semiconductor - Electrnica Unicrom

El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor ms sencillo y se puede encontrar, prcticamente en cualquier circuito electrnico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la ms utilizada) y de germanio.

Viendo el smbolo del diodo en el grfico se observan: A - nodo, K - ctodo. Imgen original de Wikipedia

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unin. Esta barrera o unin es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

Principio de operacin de un diodoEl semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)

Cuando una tensin positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a travs del material P mas all de los lmites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensin negativa al lado del material N y los huecos fluyen a travs del material N.

En el caso opuesto, cuando una tensin positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente

El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:

Polarizacin directaDiodo semiconductor polarizado en sentido directo - Electrnica Unicrom

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del nodo al ctodo.

En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportndose prcticamente como un corto circuito.

Polarizacin inversaDiodo semiconductor polarizado en sentido inverso - Electrnica Unicrom

Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del ctodo al nodo.

En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prcticamente como un circuito abierto.

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, sto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarizacin directa como en polarizacin inversa.

Aplicaciones del diodoLos diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la ms comunes es el proceso de conversin de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador

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AS FUNCIONAN LOS DIODOS

Texto e ilustraciones Jos Antonio E. Garca lvarez

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Web asifunciona.com

Contenido:> Estructura de un elemento semiconductor. Formacin de un diodo de silicio de unin "p-n". Polarizacin del diodo. Diodos de punta de contacto o "de seal". Mecanismo de funcionamiento del diodo de silicio (Si). Caractersticas de los diodos. Encapsulados diferentes de los diodos. Rectificacin de la corriente alterna (C.A.) empleando semiconductores diodos. Rectificador con filtro a la salida de la corriente directa.

ESTRUCTURA DE UN ELEMENTO SEMICONDUTOR

Diodos semiconductores de silicio de diferentes tipos y. tamaos, identificados en el circuito impreso de este. dispositivo electrnico con las letras D (para diodos con. funciones diferentes) y DZ (para el diodo Zener).

Un diodo semiconductor de estado slido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio (Si) de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento qumico tetravalente por estar compuesto por tomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario doparlos durante el proceso de produccin del diodo, aadindole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a tomos de otros elementos qumicos (tambin semiconductores), pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarn el diodo, con sus correspondientes polaridades.

Para fabricar un diodo, primeramente uno de los cristales de silicio se dopa aadindole, como impureza, un elemento qumico de valencia +3 (trivalente) como el galio (Ga), por ejemplo. Al final del proceso se obtiene un semiconductor tipo-p, con polaridad positiva (P), que presentar defecto o falta de electrones en la ltima rbita de los tomos de galio aadidos como impurezas. En esas rbitas se formarn huecos en aquellos lugares que deban estar ocupados por los electrones faltantes.

A continuacin, el otro cristal de silicio, que inicialmente es igual al empleado en el proceso anterior, se dopa tambin durante el proceso de fabricacin del diodo, pero aadindole esta vez impurezas pertenecientes a tomos de otro elemento qumico tambin semiconductor, pero de valencia +5 (pentavalente) como, por ejemplo, antimonio (Sb). Una vez finalizado este otro proceso de dopado se obtiene un semiconductor tipo-n, con polaridad negativa (N), caracterizado por presentar exceso de electrones libres en la ltima rbita de los tomos de antimonio aadidos como impurezas. (Ver Qu. son los semiconductores).

Representacin grfica de dos elementos semiconductores de cristal de silicio (Si), simplificados de. forma esquemtica. A.- Semiconductor de silicio de conduccin tipo-p, o sea, de polaridad positiva. (P). En su estructura molecular se puede observar que en los lugares que deban ocupar los electrones. lo que encontramos son huecos.

Cuando conectamos una batera a los extremos de un cristal semiconductor positivo, se establece un. flujo de huecos en sentido opuesto al flujo de electrones que proporciona la fuente de energa elctrica.. En la ilustracin se puede observar tambin que mientras el flujo de electrones o corriente electrnica. se establece del polo negativo al polo positivo de la batera, el flujo de huecos, por el contrario, se. establece en el sentido inverso a travs del cristal de silicio.

B.- Semiconductor de silicio de conduccin tipo-n, de polaridad negativa (N), con exceso de. electrones libres en su estructura molecular. Si a este tipo de semiconductor negativo le conectamos. una batera, el flujo electrnico se establecer en el mismo sentido de circulacin de la propia fuente de. suministro elctrico, o sea, del polo negativo al polo positivo

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ODOS

En la actualidad, la prctica totalidad de los equipos y dispositivos electrnicos que utilizamos cotidianamente incluyen en sus circuitos varios tipos diferentes de semiconductores de estado slido, entre los que se encuentran los diodos, elementos imprescindibles para que todos esos equipos puedan funcionar. Sin embargo, antes del uso masivo de esos pequeos elementos tal como lo conocemos hoy en da, durante la primera mitad y principios de la segunda mitad del siglo pasado era muy comn emplear vlvulas electrnicas de vaco en los circuitos electrnicos analgicos de radios, televisores y otros dispositivos domsticos e industriales.

Diferentes diodos de silicio como los empleados en circuitos de equipos y dispositivos electrnicos actuales: A.- Diodo de unin o juntura p-n. B.- Diodo de punta de contacto.

Esas vlvulas se conocan tambin por el nombre de vlvulas termoinicas, debido a que requeran un calentamiento previo y constante de un ctodo situado en el interior de una ampolla de vidrio al vaco (o tambin con revestimiento metlico en lugar de vidrio en algunos tipos de vlvulas), para que comenzara la emisin electrnica que las pona en funcionamiento. La emisin electrnica se estableca siempre desde el ctodo (negativo) en direccin a un nodo (positivo), que se encontraba tambin colocado en el interior de la vlvula. Antigua vlvula electrnica o termoinica de vaco del tipo doble diodo. Esta vlvula que se muestra en la foto era de cristal y meda 12 cm del alto aproximadamente (sin considerar. las patas). Fue una vlvula muy utilizada en los radiorreceptores domsticos de los aos 40 del siglo pasado para rectificar la corriente alterna y convertirla en directa.

Uno de los primeros tipos de vlvulas de vaco que se emplearon en el siglo pasado en los primeros circuitos electrnicos analgicos fue la vlvula diodo, inventada por Sir Ambrose Fleming (1849 1845). Esa vlvula slo se poda emplear en las siguientes funciones:

1.- Cmo rectificadora, para convertir la corriente alterna (C.A.) en pulsante o en corriente directa (C.D.).

2.- Como detectora de las seales moduladas de alta frecuencia o radiofrecuencia que emiten las estaciones de radio, televisin y otras emisiones inalmbricas. La deteccin consiste en separar o demodular el sonido de baja frecuencia (audiofrecuencia) que viaja con las ondas portadoras de alta frecuencia, para que se puedan convertir de nuevo en audibles despus de ser amplificadas.

Alrededor de la dcada de los aos 50 del siglo pasado y paralelamente al empleo de las vlvulas de vaco, se comenzaron a emplear tambin diodos semiconductores de selenio (Se) como rectificadores de corriente alterna solamente. Estos rectificadores tenan la ventaja sobre las vlvulas de vaco que podan soportar el paso de cargas de corriente elctrica de mayor amperaje sin necesidad de tener que calentarlos previamente.

Rectificador de onda completa formado por varios grupos de chapas o placas semiconductoras individuales de selenio (Se).

Estos rectificadores se componan de un conjunto de chapas o placas de aluminio rectangulares que empleaban selenio (Se) como elemento semiconductor. De igual forma se emplearon tambin otros rectificadores similares a los de selenio, pero compuestos por chapas redondas, con la diferencia que empleaban xido de cobre (CuO2) como elemento semiconductor. Para unir todas las chapas que podan contener esos dos tipos diodos rectificadores, se atravesaba un tornillo a travs de un orificio que tena abierto cada una de sus placas en el centro y a continuacin se fijaban y apretaban todas firmemente por medio de una tuerca que se enroscaba a cada uno de los extremos del propio tornillo. La capacidad de carga en amperes que podan soportar esos rectificadores dependa del tamao o rea de cada chapa en particular, as como de la cantidad total que se colocaban unidas en el mismo sentido de circulacin de la corriente. Cada placa individual o cada grupo de ellas unidas en el mismo sentido de circulacin de la corriente elctrica constitua un diodo rectificador de media onda. Sin embargo, cuando se unan cuatro placas en el mismo eje o tornillo, o en su defecto, cuatro grupos de placas unidas y propiamente interconectadas, se obtena un puente rectificador de onda completa. En la actualidad el empleo de los rectificadores de selenio en los circuitos electrnicos ha cado en desuso.

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