Diodos semiconductores: Construcción y polarización

• Un diodo semiconductor es un dispositivo que funciona como un interruptor unidireccional para la corriente.
• Facilita el flujo de corriente en una dirección y lo restringe en la opuesta.

Construcción y Funcionamiento Básico

• Los diodos están hechos de materiales semiconductores, comúnmente silicio, aunque también se utiliza germanio y seleniuro.
• Estos materiales se dopan para crear regiones con distintas propiedades eléctricas: una región tipo n (exceso de electrones) y una región tipo p (exceso de huecos).
• La unión de estas dos regiones crea una unión p-n, la base del funcionamiento del diodo.

Polarización Directa

• Al aplicar un voltaje positivo (polarización directa) al lado p y un voltaje negativo al lado n, la unión p-n se reduce.
• Esto permite que la corriente fluya fácilmente a través del diodo.
• El voltaje al que el diodo comienza a conducir se conoce como voltaje de umbral o voltaje de encendido (aproximadamente 0.7V para diodos de silicio).

Polarización Inversa

• Al aplicar un voltaje negativo al lado p y un voltaje positivo al lado n (polarización inversa), la unión p-n se ensancha.
• Esto impide el flujo de corriente, permitiendo solo una pequeña corriente de fuga inversa (en el rango de los microamperios).
• Si el voltaje inverso excede el voltaje de ruptura, el diodo puede sufrir daños y permitir una corriente inversa significativa.

Características Corriente-Voltaje (I-V)

• La característica I-V de un diodo describe la relación entre la corriente que fluye a través del diodo y el voltaje aplicado.
• En polarización directa, la corriente aumenta exponencialmente con el voltaje después de superar el voltaje de umbral.
• En polarización inversa, la corriente permanece muy baja hasta que se alcanza el voltaje de ruptura.

Tipos de Diodos

• Diodos de propósito general: Se utilizan para rectificación y conmutación estándar.
• Diodos Zener: Diseñados para operar de manera confiable en polarización inversa en el voltaje de ruptura, utilizados para la regulación de voltaje.
• Diodos Schottky: Tienen una baja caída de voltaje directo y una velocidad de conmutación rápida, adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.
• Diodos emisores de luz (LED): Emiten luz cuando la corriente pasa a través de ellos en polarización directa.
• Fotodiodos: Conducen corriente cuando son iluminados por la luz.
• Diodos Varicap (o Varactor): Utilizan la capacitancia variable de la unión p-n polarizada inversamente para la sintonización.

Parámetros Importantes del Diodo

• Voltaje de ruptura inversa (VRRM o VR): El voltaje inverso máximo que el diodo puede soportar sin sufrir daños.
• Corriente directa máxima (IF): La corriente directa máxima que el diodo puede conducir de forma segura.
• Caída de voltaje directo (VF): El voltaje a través del diodo cuando conduce corriente en polarización directa.
• Corriente de fuga inversa (IR): La pequeña corriente que fluye a través del diodo en polarización inversa.
• Tiempo de recuperación inversa (trr): El tiempo que tarda el diodo en dejar de conducir corriente cuando se cambia de polarización directa a polarización inversa.

Aplicaciones de los Diodos

• Rectificación: Conversión de corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).
• Protección: Protección de circuitos de sobretensiones o polaridad inversa.
• Conmutación: Activación o desactivación de circuitos electrónicos.
• Modulación y demodulación de señales.
• Detección de señales en radiocomunicaciones.
• Emisión de luz (LEDs): Iluminación y pantallas.
• Los diodos Zener se utilizan como reguladores de tensión.
• Los diodos Varicap se utilizan en circuitos de sintonización.

Modelos de Diodos

• Modelo ideal: El diodo se comporta como un interruptor cerrado en polarización directa y como un interruptor abierto en polarización inversa.
• Modelo con caída de voltaje constante: Considera la caída de voltaje directa (VF) del diodo, usualmente 0.7V para diodos de silicio.
• Modelo completo: Incluye la caída de voltaje directa, la resistencia interna del diodo y la corriente de fuga inversa para una simulación más precisa.