Diferentes tipos de diodos y sus aplicaciones

Introducción

Los diodos son componentes electrónicos que funcionan como una válvula unidireccional, lo que significa que permiten que la corriente fluya en una dirección. Estos diodos son fabricados de distintos materiales semiconductores como el germanio, silicio y selenio. La operación del diodo se puede clasificar de dos maneras, si permite el paso de la corriente, entonces el sentido es el correcto, de lo contrario no permite el paso de la corriente y por tanto esta en sentido inverso.

Para los diodos de silicio, el voltaje directo es 0.7v y para el germanio es 0.3v. En el diodo de silicio, la banda oscura indica el terminal del cátodo y el otro terminal es el ánodo. Generalmente los diodos se usan como protector de polaridad inversa. Hay muchos tipos de diodos y algunos de ellos se enumeran a continuacion.

1. Diodo de Señal Pequeña

Es un dispositivo pequeño con características desproporcionadas y cuyas aplicaciones se utilizan principalmente en dispositivos de alta frecuencia y corrientes muy bajas, como radios y televisores, etc. Para proteger el diodo de la contaminación, está envuelto con una vidrio por lo que también se denomina Diodo de vidrio y se usa ampliamente un ejemplo es el famoso 1N4148.

La apariencia del diodo de señal es muy pequeña en comparación con el diodo de potencia. Para indicar el terminal del cátodo, un borde está marcado con un color negro o rojo. Para las aplicaciones a altas frecuencias, el rendimiento del diodo de señal pequeño es muy efectivo.

Con respecto a las frecuencias funcionales del diodo de señal, la capacidad de carga de la corriente y la potencia son muy bajas, las máximas son 150mA y 500mW respectivamente.

El diodo de señal es un diodo semiconductor dopado con silicio o un diodo dopado con germanio, pero dependiendo del material dopante, las características del diodo varían. En el diodo de señal, las características del diodo dopado con silicio son aproximadamente opuestas al diodo dopado con germanio.

El diodo de señal de silicio tiene una caída de voltaje alta en el acoplamiento de aproximadamente 0.6 a 0.7 voltios, por lo tanto, tiene una resistencia muy alta pero baja resistencia cuando esta polizado. Por otro lado, el diodo de señal de germanio tiene baja resistencia debido a una baja caída de voltaje de casi 0,2 a 0,3 voltios y una alta resistencia cuando esta polarizado. Debido a la pequeña señal, el punto funcional no se interrumpe en un pequeño diodo de señal.

2. Diodo de Señal Grande

Estos diodos tienen una capa de unión PN grande. Por lo tanto, la transformación de los voltajes de CA a CC no tiene límites. Esto también aumenta la capacidad de avance actual y el voltaje de bloqueo inverso. Estas señales grandes interrumpirán el punto funcional también. Debido a esto, no es adecuado para aplicaciones de alta frecuencia.

Las principales aplicaciones de estos diodos se encuentran en dispositivos de carga de batería como los inversores. En estos diodos, el rango de resistencia directa está en ohmios y la resistencia de bloqueo en reversa está en megaohmios. Dado que tiene un alto rendimiento de corriente y voltaje, estos pueden usarse en dispositivos eléctricos que se utilizan para suprimir voltajes de pico altos.

 

3. Diodo Zener

Es un elemento pasivo que funciona bajo el principio de degradación Zener. Primero producido por Clarence Zener en 1934. Es similar al diodo normal en la dirección de polarizacion, también permite la corriente en sentido inverso cuando el voltaje aplicado alcanza la tensión de ruptura. Está diseñado para evitar que los otros dispositivos semiconductores tengan impulsos de voltaje momentáneos. Actúa como regulador de voltaje.

4. Diodo emisor de luz (LED)

Estos diodos convierte la energía eléctrica en energía luminosa. La primera producción comenzó en 1968. Se somete a un proceso de electroluminiscencia en el que los agujeros y los electrones se recombinan para producir energía en forma de luz en condiciones de polarización directa.

Anteriormente se usaban como indicadores de encendido pero ahora se estan usando en aplicaciones de iluminacion en casas y en el lugar de trabajo. Se usa principalmente en aplicaciones como iluminación de aviación, señales de tráfico, flashes de cámara etc.

5. Diodos de Corriente Constante

También se conoce como diodo de regulación de corriente o diodo de corriente constante o diodo limitador de corriente o transistor conectado a diodo. La función del diodo es regular el voltaje a una corriente particular.

Funciona como un limitador de corriente de dos terminales. En este el JFET actúa como limitador de corriente para lograr alta impedancia de salida. El símbolo del diodo de corriente constante se muestra a continuación.

6. Diodo Schottky

En este tipo de diodo, la unión se forma poniendo en contacto el material semiconductor con el metal. Debido a esto, la caída de voltaje directa se reduce al minimo. El material semiconductor es un silicio de tipo N que actúa como un ánodo y el metal actúa como un cátodo cuyos materiales son cromo, platino, tungsteno, etc.

Debido a la unión metálica, estos diodos tienen una alta capacidad de conducción de corriente, el tiempo de conmutación se reduce. Por lo tanto, los diodos Schottky tiene un mayor uso en aplicaciones de conmutación. Debido principalmente a la unión metal-semiconductor, la caída de tensión es baja, lo que a su vez aumenta el rendimiento del diodo y reduce la pérdida de potencia. Por lo tanto, estos se utilizan en aplicaciones de rectificador de alta frecuencia. El símbolo del diodo Schottky es el que se muestra a continuación.

 

7. Diodo Shockley

Fue la invención del primer semiconductor que tiene cuatro capas. También se llama como diodo PNPN. Es igual a un tiristor sin un terminal de puerta lo que significa que el terminal de puerta está desconectado. Como no hay entradas de activación, la única forma en que el diodo puede conducir es proporcionando voltaje directo.

Permanece en la posición  «ENCENDIDO» y permanece apagado. El diodo tiene dos estados operativos conductores y no conductores. En estado no conductor, el diodo conduce con menos voltaje.

El símbolo del diodo Shockley es el siguiente:

Aplicaciones de diodos Shockley

• Interruptores de activación para SCR.
• Actúa como oscilador de relajación.

8. Diodos de Recuperación de Paso

También se llama diodo de desconexión o diodo de almacenamiento de carga. Estos son los tipos especiales de diodos que almacenan la carga del pulso positivo y los usan en el pulso negativo de las señales sinusoidales. El tiempo de subida del impulso actual es igual al tiempo de ajuste. Debido a este fenómeno, tiene pulsos de recuperación de velocidad.

Las aplicaciones de estos diodos están en multiplicadores de orden superior y en circuitos de conformación de impulsos. La frecuencia de corte de estos diodos es muy alta y están casi en el orden de Gigahercios.

Como multiplicador, este diodo tiene un rango de frecuencia de corte de 200 a 300 GHz. En las operaciones que funcionan a un rango de 10 GHz, estos diodos juegan un papel vital. La eficiencia es alta para multiplicadores de orden inferior. El símbolo de este diodo se muestra a continuación.

9. Diodo Tunel

Se usa como interruptor de alta velocidad, del orden de los nano-segundos. Debido al efecto túnel tiene una operación muy rápida en la región de frecuencia de las microondas. Es un dispositivo de dos terminales en el que la concentración de dopantes es demasiado alta.

La respuesta transitoria está siendo limitada por la capacitancia de unión más la capacitancia de cableado parásito. Mayormente utilizado en osciladores y amplificadores de microondas. Actúa como el dispositivo de conductancia más negativo. Los diodos de túnel se pueden sintonizar mecánicamente y eléctricamente. El símbolo del diodo del túnel es el que se muestra a continuación.

Aplicaciones de diodos de túnel

1. Circuitos oscilatorios.
2. Circuitos de microondas.
3. Resistentes a la radiación nuclear.

10. Diodo Varactor

Estos también se conocen como diodos Varicap. Actúa como condensador variable por voltaje. Las operaciones se realizan principalmente en el estado de polarización inversa solamente. Estos diodos son muy famosos debido a su capacidad de cambiar los rangos de capacitancia dentro del circuito en presencia de flujo de voltaje constante.

Pueden variar la capacitancia hasta valores altos. En el diodo varactor cambiando la tensión de polarización inversa podemos disminuir o aumentar la capa de agotamiento. Estos diodos tienen muchas aplicaciones como oscilador controlado por voltaje para teléfonos celulares, prefiltros satelitales, etc. El símbolo del diodo varactor se da a continuación.

Aplicaciones de diodos de Varactor

1. Condensadores de voltaje controlado.
2. Osciladores controlados por voltaje.
3. Amplificadores paramétricos.
4. Multiplicadores de frecuencia.
5. Transmisores de FM y bucles de fase en radio, televisión y teléfono celular.

11. Diodo láser

Similar al LED en el que la región activa está formada por la unión p-n. El diodo láser eléctricamente es un diodo p-i-n en el cual la región activa está en región intrínseca. Utilizado en comunicaciones de fibra óptica, lectores de códigos de barras, punteros láser, lectura y grabación de CD/DVD/Blu-ray, impresión láser.

Tipos de diodos láser:

1. Laser de heteroestructura doble: Electrones y agujeros libres disponibles simultáneamente en la región.
2. Láseres de pozo de Quantum: los láseres que tienen más de un pozo cuántico se llaman láseres de pozo multi cuántico.
3. Láseres de cascada Quantum: Estos son láseres de heterounión que permiten la acción del láser en longitudes de onda relativamente largas.
4. Láser de heteroestructuración de confinamiento separado: Para compensar el problema de capa delgada en quantum los láseres vamos a los láseres de heteroestructura de confinamiento separado.
5. Láseres de reflector Bragg distribuidos: pueden ser láseres emisores de borde o VCSELS.

El símbolo del diodo láser es como se muestra:

12. Diodo de Supresión de Voltaje Transitorio

En los dispositivos semiconductores, debido al cambio repentino en el estado, se producirán transitorios de voltaje que dañarán la respuesta de salida del dispositivo. Para superar este problema, se utilizan diodos de supresión de voltaje. para el funcionamiento del diodo Zener.

El funcionamiento de estos diodos es normal como diodos de unión pn, pero en el momento de la tensión transitoria cambia su funcionamiento. En condiciones normales, la impedancia del diodo es alta. En el circuito, el diodo ingresa a la región de degradación de la avalancha en la que se proporciona la baja impedancia.

Es espontáneamente muy rápido porque la falla de la avalancha los rangos de duración en segundos Pico. El diodo de supresión transitoria de voltaje fijará la tensión a los niveles fijos, principalmente su voltaje de sujeción está en un rango mínimo.

Están teniendo aplicaciones en los campos de telecomunicaciones, médicas, microprocesadores y procesamiento de señal. Responde a sobretensiones más rápidas que los varistores o los tubos de descarga de gas.

El símbolo para el diodo de supresión de voltaje transitorio es el que se muestra a continuación.

El diodo se caracteriza por

• Corriente de fuga
• Tensión máxima de reposo inversa
• Tensión de falla
• Voltaje de sujeción
• Capacitancia parasitaria
• Inductancia parasitaria
• Cantidad de energía que puede absorber

13. Diodos dopados con oro

En estos diodos, el oro se usa como dopa. Estos diodos son más rápidos que otros diodos. En estos diodos, la corriente de fuga en polarización inversa también es menor. Incluso con la mayor caída de voltaje, permite que el diodo funcione en frecuencias de señal. En estos diodos, el oro ayuda a una recombinación más rápida de portadores minoritarios.

14. Diodos Super Barrier

Es un diodo rectificador que tiene baja caída de voltaje directo como diodo schottky con capacidad de manejo de sobretensión y baja corriente de fuga inversa como diodo de unión pn. Fue diseñado para alta potencia, conmutación rápida y aplicaciones de baja pérdida. Los rectificadores Super barrera son los rectificadores de próxima generación con mas bajo voltaje directo que el diodo schottky.

15. Diodo Peltier

En este tipo de diodo, en la unión de dos materiales de un semiconductor genera un calor que fluye desde una terminal a otra terminal. Este flujo se realiza en una sola dirección que es igual a la dirección del flujo de corriente.

Este calor se produce debido a la carga eléctrica producida por la recombinación de portadores de carga minoritarios. Esto se usa principalmente en aplicaciones de refrigeración y calefacción. Este tipo de diodos se usa como sensor y motor térmico para enfriamiento termoeléctrico.

16. Diodo de cristal

Esto también se conoce como bigote de gato, que es un tipo de diodo de contacto puntual. Su funcionamiento depende de la presión de contacto entre el cristal semiconductor y el punto.

En esto, un alambre de metal está presente y se presiona contra el cristal semiconductor. En esto, el cristal semiconductor actúa como cátodo y el alambre de metal actúa como ánodo. Estos diodos son obsoletos por naturaleza. Principalmente utilizado en receptores y detectores de microondas.

Aplicaciones de diodos de cristal

1. Rectificador de diodos de cristal
2. Detector de diodos de cristal
3. Receptor de cristal

17. Diodo de Avalancha

Este es un elemento pasivo que funciona según el principio de avería de la avalancha. Funciona en condiciones de sesgo inverso. Produce grandes corrientes debido a la ionización producida por la unión p-n durante la condición de polarización inversa.

Estos diodos están especialmente diseñados para someterse a una interrupción a un voltaje inverso específico para evitar el daño. El símbolo del diodo de avalancha se muestra a continuación:

Usos del diodo de avalancha

1. Generación de ruido de RF: actúa como fuente de RF para puentes de analizadores de antena y también como generadores de ruido blanco. Utilizado en equipos de radio y también en generadores de números aleatorios de hardware.
2. Generación de frecuencias de microondas: En este el diodo actúa como un dispositivo de resistencia negativa.
3. Detector de avalancha de un solo fotón: Estos son detectores de fotones de alta ganancia utilizados en aplicaciones de nivel de luz.

18. Rectificador controlado de silicio

Consta de tres terminales: ánodo, cátodo y puerta. Es casi igual al diodo Shockley. Como su nombre indica, se usa principalmente para fines de control cuando se aplican voltajes pequeños en el circuito. El símbolo del Rectificador controlado de silicio es el siguiente:

Modos de operación:

1. Modo de bloqueo hacia delante (estado apagado): En este j1 y j3 hacia adelante sesgado y j2 está sesgado en sentido inverso. Ofrece alta resistencia por debajo del voltaje de ruptura y por lo tanto se dice que está desconectado.
2. Modo de conducción directa (en estado): Al aumentar la tensión en el ánodo y el cátodo o aplicando pulso positivo en la puerta, podemos encender. Para desactivar la única manera es disminuir la corriente que fluye a través de él.
3. Modo de bloqueo inverso (estado desactivado): El SCR que bloquea el voltaje inverso se denomina SCR asimétrico. Se usa principalmente en inversores fuente actuales.

19. Diodos de vacío

Los diodos de vacío consisten en dos electrodos que actuarán como un ánodo y el cátodo. El cátodo está hecho de tungsteno que emite los electrones en la dirección del ánodo. El flujo de electrones siempre será del cátodo al ánodo solamente. Por lo tanto, actúa como un interruptor.

Si el cátodo está recubierto con material de óxido, entonces la capacidad de emisión de electrones es alta. El ánodo es un poco largo y, en algunos casos, su superficie es rugosa para reducir las temperaturas que se desarrollan en el diodo. El diodo conducirá en un solo caso que es cuando el ánodo es positivo con respecto al terminal del cátodo. El símbolo es el que se muestra en la figura:

20. Diodo PIN

La versión mejorada del diodo de unión PN normal  da el diodo PIN. En el PIN, el dopaje no es necesario. El material intrínseco significa que el material que no tiene portadores de carga por lo que  se inserta entre las regiones P y N que aumentan el área de la capa de agotamiento.

Cuando aplicamos voltaje de polarización directa, los agujeros y electrones se empujarán hacia la capa intrínseca. En algún punto debido a este alto nivel de inyección, el campo eléctrico también conducirá a través del material intrínseco. Este campo hace que los portadores fluyan desde dos regiones. El símbolo del diodo PIN se muestra a continuación:

Aplicaciones de diodos PIN:

1. Conmutadores Rf: El diodo Pin se usa para la selección de señales y componentes. Por ejemplo, los diodos pin actúan como inductores de cambio de rango en osciladores de bajo ruido de fase.
2. Atenuadores: se utilizan como resistencia de puente y derivación en el atenuador de puente-T.
3. Detectores de fotos: detecta fotones de rayos X y rayos gamma.

21. Dispositivos de contacto puntual

Se usa un alambre de oro o tungsteno para actuar como punto de contacto para producir una región de unión PN al pasar una corriente eléctrica alta a través de él. Se produce una pequeña región de unión PN alrededor del borde del cable que está conectado a la placa de metal, que es como se muestra en la figura.

En la dirección de avance la operación es bastante similar pero en condiciones de polarización inversa, el cable actúa como un aislante. Como este aislante se encuentra entre las placas, el diodo actúa como un condensador. En general, el condensador bloquea las corrientes de CC cuando las corrientes de CA fluyen en el circuito a altas frecuencias. Por lo tanto, estos se utilizan para detectar las señales de alta frecuencia.

22. Diodo Gunn

El diodo Gunn está fabricado con material semiconductor de tipo n solamente. La región de agotamiento de dos materiales de tipo N es muy delgada. Cuando la tensión aumenta en el circuito, la corriente también aumenta. Después de cierto nivel de voltaje, la corriente disminuirá exponencialmente, por lo que esto muestra la resistencia diferencial negativa.

Tiene dos electrodos con Arseniuro de galio y Fosfuro de indio debido a que tiene resistencia diferencial negativa. También se denomina dispositivo electrónico transferido. Produce señales de RF de micro ondas, por lo que se usa principalmente en dispositivos RF de microondas. También se puede usar como un amplificador. El símbolo del diodo Gunn se muestra a continuación: