El diodo, ¿Qué es? y ¿Para qué sirve?

Introducción

En algún momento de tu vida te has preguntado, ¿Qué es un diodo? y ¿Cómo funciona?. Entonces este tutorial es para ti. Nuestro objetivo es brindarte información de los diferentes tipos de diodos que podemos encontrar, así como hacer una practica donde se realizara una fuente de alimentación lineal, empleando el componente de nuestro interés el diodo de la gama 1N4000, con el fin de hacer funcionar un motor de vibración a 3 o 6 volts.

Iniciaremos respondiendo a las siguientes preguntas de modo general:

1.- ¿Qué es el diodo?

El diodo es un dispositivo semiconductor, que se crea uniendo un material tipo n a un material tipo p, solo la unión de un material con un portador mayoritario de electrones a uno con un portador mayoritario de huecos, permitirá una circulación de corriente. Existen diodos de germanio, silicio y arseniuro de galio. Su encapsulado es del tipo DO-41.

2.- ¿Para qué los utilizamos?

Para la rectificación de una señal de CA a CD, multiplicador de tensión, limitador de voltaje, compuertas lógicas, recortadores y protección en conmutación.

3.- ¿Cómo funciona?

El diodo semiconductor se comporta como un interruptor mecánico en el sentido de que puede controlar el flujo de corriente entre sus dos terminales. Cuando el diodo se encuentra polarizado en directa y este ha superado su voltaje de umbral va a permitir la conducción eléctrica, Por su contra parte cuando el diodo se encuentra en polarización inversa no deberá permitir la conducción.

Antecedentes

Para poder entender cómo empezó los inicios de la creación del diodo los debemos sumergir en los primeros hallazgos de cada uno de los científicos que nos aportaron conocimientos para la invención del diodo que conocemos hoy en día.

El diodo esta rodeado por abundantes descubrimientos, algunos generados por errores otros no. Se tuvo que esperar por décadas para encontrar el uso adecuado al semiconductor.

En el año de 1873 Frederick Guthrie descubrió que en un electroscopio con un catión podía descargarse al acercarse una pieza de metal caliente. Lo cual no sucede con un anión. Así demostrando que el flujo de electrones va solo en una dirección cuando se tiene un cuerpo con carga positiva.

En 1874 Carl Ferdinand observo en ciertos cristales semiconductores un comportamiento similar a los rectificadores, osea convirtiendo la corriente alterna en continua. Demostrando que la energía solo se conduce en un solo sentido.

Posteriormente, el 19 de octubre de 1879 Thomas Edison. tuvo éxito con su test de dejar un filamento incandescente encendido durante varios días, así confirmando que una corriente eléctrica fluía del filamento incandescente a través del vacío a la lámina metálica, pero esto solo sucedía cuando la lámina estaba conectada positivamente.

Aproximadamente 20 años despues John Ambrose (inventor, fisico e ingeniero) patento el primer diodo termoiónico en gran bretaña el 16 de noviembre de 1904.

¿Quién invento el diodo? John Ambrose Fleming fue un físico e ingeniero eléctrico británico realizo el descubrimiento en el año de 1904. Es considerado uno de los pioneros de la electrónica. La palabra diodo del vocablo (διόδου) griego se traduce como (pasaje angosto). El término se ocupa en el área de la electricidad e electrónica.

En el año de 1919 William Henry Eccles, físico británico acuño el término diodo del griego “dia”, que significa “separado”, y ode  (de ὅδος), que significa camino.

El diodo de vació, fue usado comúnmente hasta la invención del diodo semiconductor, este último también llamado diodo de estado sólido.  

Teoría

El diodo es considerado un semiconductor debido a que solo permite la circulación de flujo de electrones en una única dirección con las singularidades similares a un interruptor. Consta de dos terminales un ánodo (positivo) y un cátodo (negativo).

Existen diodos de silicio, tienen un voltaje de polarización directa de (0.7v) y los diodos de germanio de (0.3v).

Así como existen diodos de silicio o de germanio, hay otros diodos que están diseñados para realizar otras funciones, son llamados diodos especiales:

  • Diodo rectificador
  • Diodo Schottky
  • Diodo Zener
  • Diodo emisor de luz (LED)
  • Diodo de corriente constante
  • Diodo led infrarrojo
  • Foto- diodo
  • Diodo varactor
  • Diodo Schockley
  • Diodo diac
  • Triac
  • Diodo SCR

Diodo rectificador

El diodo rectificador es un componente semiconductor que permite solo el flujo de electrones en un solo sentido, su comportamiento es el siguiente:

  • Polarización directa: permite el paso de la corriente electrica.
  • Polarización inversa: no permite el paso de la corriente electrica.

Se utiliza regularemte para rectificar una señal de CA a CC. Si se utiliza un solo diodo la rectificacion de la señal sera de solo media onda. Pero si usa dos diodos te quedaria una señal de rectificación completa, aquí el problema es que se presentaria armonicos. Por eso se utiliza 4 diodos para evitar los armonicos.

Regularmente los diodos más comunes para realizar la función de rectificación de una señal son el 1N4001, 1N4004, 1N4007, y etc.

simbolo del diodo
Símbolo Eléctrico

Diodo Schottky

El diodo Schottky es un componente electrónico semiconductor que soporta una velocidad de conmutación mayor cuando entra en los niveles de conducción directa e inversa. La estructura interna es básicamente de una unión de metal y un material semiconductor.

Su funcionamiento consiste en permitir o bloquear la circulación de la energía eléctrica, cuando entra en conducción. Su tiempo de conmutación va desde un 1ns con un voltaje de umbral de 0.25 a 0.4 volts.

Así como el diodo de germanio o de silicio el diodo Schottky consta de dos terminales un ánodo (positivo) y un cátodo (negativo), la manera más rápida de comprobar si es un Schottky es midiendo su voltaje de umbral.

Símbolo Eléctrico

Diodo Zener

Los diodos zener, zener diodo o simplemente zener, son diodos que están diseñados para mantener un voltaje constante en su terminales, llamado voltaje o tensión Zener cuando se polarizan inversamente, es decir cuando está el cátodo con una tensión positiva y el ánodo negativa. A diferencia de un diodo convencional que bloquea cualquier flujo de corriente a través de sí mismo cuando está polarizado al revés, tan pronto como la tensión inversa alcanza un valor predeterminado, el diodo Zener comienza a conducir en la dirección inversa.

Se les puede distinguir de los diodos comunes por su símbolo y su código ya que suelen ser BZX o BZY, su tensión inversa de ruptura está grabada con la letra V en lugar del punto decimal 4V7 = 4.7V.

Símbolo Eléctrico

Diodo emisor de luz (led)

El LED (Light-Emitting Diode), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica. Contiene dos terminales un cátodo y ánodo (negativo y positivo respectivamente) recubierto por una resina epoxi transparente o traslucida. Se utiliza mucho en toda aplicación de electrónica como un indicador de luz. Nick Holonyak fue el que desarrollo el primer led para propósito general en el año 1962.

Símbolo Eléctrico

Diodo de corriente constante

El diodo de corriente constante es un dispositivo electrónico semiconductor que limita la corriente a un valor máximo especificado para el dispositivo. También se le conoce como diodo limitador de corriente o diodo regulador de corriente. Consta de dos terminales un ánodo (positivo) y cátodo (negativo).

Resultado de imagen para diodo de corriente constante
Símbolo Eléctrico

Diodo led infrarrojo

Los LED infrarrojos son un tipo específico de diodo emisor de luz (LED por sus siglas en inglés) que produce luz en el espectro infrarrojo. Los rayos infrarrojos son una luz compuesta de energía electromagnética. Sus ondas son más cortas que las de un microondas, pero más largas que los rayos de luz visibles.

Símbolo Eléctrico

Foto- diodo

Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.

Símbolo Eléctrico

Diodo varactor

El diodo Varicap conocido como diodo de capacidad variable o varactor, es un diodo que aprovecha determinadas técnicas constructivas para comportarse, ante variaciones de la tensión aplicada, como un condensador variable. Su funcionamiento en el fenómeno que hace que la anchura de la barrera de potencial en una unión PN varíe en función de la tensión inversa aplicada entre sus extremos. … De este modo se obtiene un condensado variable controlado por tensión.

Símbolo Eléctrico

Diodo Schockley

Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: uno de bloqueo o de alta impedancia y de conducción o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barrera Schottky. Está formado por cuatro capas de semiconductor de tipo N y P, dispuestas alternadamente.

Símbolo Eléctrico

Triac

Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

Símbolo Eléctrico

Diodo diac

Es un componente electrónico de potencia el cual permite la conducción de la corriente eléctrica de manera bidireccional cuando el voltaje de ruptura es el adecuado. Cuando la tensión alcance un cierto valor (típicamente, entre unos 28 y 36 v), que se llama tensión de ruptura, permite la circulación de corriente entre sus terminales. No tiene polaridad. Por debajo de la tensión de ruptura, su resistencia es muy elevada.

Una vez conduciendo, si aumenta la corriente disminuye algo de la tensión. Para que deje de conducir, se tiene que hacer que la corriente disminuya por debajo de unos 5 mA (esto es la corriente de mantenimiento).

El diac db3 permite realizar circuitos sencillos para generar impulsos de control en alterna, que resulta muy útil especialmente en el control de los triacs.

Símbolo Eléctrico

Diodo SCR

El rectificador controlado de silicio es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón y Transistor. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.

Símbolo Electrico

Desarrollo

En cuanto a la realización del tutorial, indicaremos las especificación técnicas del diodo que estaremos usando, así como el material a utilizar.

Especificaciones Técnicas

  • Voltaje repetitiva inversa de pico: 1000 Volts
  • Caída de voltaje directa: 1.1 Volts máximo
  • Corriente rectificada media con polarización directa Io: 1 Amp
  • Corriente máxima de pico: 30 A máximo
  • Disipación de potencia a 25 °C: 3 Watts
  • Rango de temperatura de unión operativa: -50 °C a 175 °C
  • Capacitancia total (@ 4V, 1 MHz): 15 pF

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Material a utilizar

¿Cómo conectar el dispositivo?

NOTA IMPORTANTE

Es importante que tengas precaución al momento de trabajar con corriente alterna CA ya que podrías salir lesionado, si no lo manipulas correctamente.

Teniendo en cuenta lo anterior lo primero que tendrías que realizar es la conexión del cable dúplex a la clavija.

Conexión de la clavija

Posteriormente se realizara los empalmes de las terminales restantes de lado de la clavija a los terminales de la bobina primaria del trasformador reductor, así como se presenta en la siguiente imagen (solo ten en cuenta el segundo recuadro donde te indica la salida a 24 volts).

Conexiones del transformador 127/24 volts

Después, tendrás que realizar el montaje de los 4 diodos 1N4007 en la Protoboard, fíjate bien en la orientación de los diodos. Los cables de la bobina secundaria los deberás conectar a la entrada del arreglo de los diodos (IN), así como se observa en la imagen siguiente.

Conexión del arreglo de los diodos

No te preocupes de la polaridad, ya que en corriente alterna se considera la linea y el neutro y realmente no importa como lo conectes, ten en cuenta que solo sucede en este caso.

Puente de diodos

La salida del arreglo de diodos (OUT) se conectara a un capacitor electrolítico de 4700 micro- faradios. Ten cuidado en la polaridad, ya que si lo polarizas al revés te podría explotar. La franja blanca indica la polaridad negativa, la que resta es la positiva.

Resultado de imagen para capacitor electrolitico 4700 microfaradios a 35 volts
Capacitor Electrolitico

Posteriormente la salida del capacitor electrolítico lo conectamos al regulador 7805 el cual reducirá el voltaje de 24 volts a 5 volts. Cómo se muestra en la siguiente imagen.

Conexión del puente de diodos al regulador

Por ultimo conectar la salida del 7805 al motor, no te preocupes por cual terminal conectar.

Conexión del motor

DIAGRAMA DE CONEXIÓN

pinout

Para finalizar, conecta tu clavija al contacto de tu casa, ten mucha precaución, si ves que no responde al momento de alimentarlo, desconéctalo y revisa nuevamente las conexiones.

Como se ha visto, la realización del circuito es relativamente sencilla. En este tutorial solo te indico como puedes hacer una fuente de alimentación lineal, con componentes muy básicos. Sé que es un tema muy sencillo, pero es fundamental conocer el proceso de transformación de una señal alterna a directa.