Introducción
Una vez que dominas los componentes mas simples, tales como resistencias, condensadores e inductancias el siguiente paso es adentrarse en el gran mundo de los semiconductores. Estos dispositivos han revolucionado la tecnología al permitir amplificar señales de manera eficiente, simple y en poco espacio. Además de su uso en computadores y lógica digital. Para construirlos se usan materiales semiconductores como el silicio o el germanio, “ensuciados” con otros metales para lograr las características deseadas. El componente más simple y también ampliamente utilizado es el diodo, en este tutorial revisaremos los distintos tipos de diodos existentes y veremos algunos usos que podemos darles.
Un diodo es un elemento de dos terminales cuya principal característica es dejar fluir la corriente en una sola dirección, desde el terminal positivo llamado ánodo hacia el negativo o cátodo. A continuación se muestra el símbolo del diodo, recuerda siempre que el ánodo es la flecha y el cátodo la línea. Por tanto la corriente fluirá en la dirección indicada por la flecha, desde el ánodo hacia el cátodo.
Diodos normales (rectificadores)
Son los más básicos, también conocidos como diodos rectificadores, que simplemente se usan para dejar pasar corriente en sólo una dirección. Cuando una corriente fluye por un diodo, se produce una disipación de energía en el mismo, que se manifiesta como una caída de voltaje, como existe este voltaje y además una corriente, significa que habrá una disipación de energía en forma de calor, por ésto debe tenerse cuidado al escoger un tipo de diodo u otro para cada aplicación. Puedes ver nuestro tutorial sobre cómo leer un datasheet si tienes dudas al respecto. La mayoría de los diodos tienen una caída de voltaje entre 0.7V y 1V.
A continuación se muestra el gráfico de la curva V-I de un diodo normal, la parte derecha corresponde al diodo conduciendo corriente, mientras la izquierda al diodo “apagado”. A la derecha puede verse que cuando está fluyendo una corriente por el diodo existe un voltaje distinto de cero, prácticamente 0.7V para cualquier nivel de corriente. Mientras en la parte izquierda se ve que hasta cierto punto lo que ocurre acá es que la corriente por el diodo es muy pequeña (del orden de microamperes) para cualquier nivel de voltaje, casi como un circuito abierto (por donde no fluye corriente).
Finalmente hay que mencionar un último aspecto relevante de un diodo, que es el voltaje de ruptura, también lo encontrarás en los datasheets como voltaje de breakdown; cuando el diodo es sometido a un voltaje en inversa más grande que el de ruptura éste comienza a conducir como se puede ver en la parte más a la izquierda del gráfico. Si este fenómeno ocurre con un diodo normal es probable es que se destruya, aunque existe un tipo de diodos muy útiles llamados diodos Zener, que están diseñados para operar en esta zona. Generalmente no hay que preocuparse mucho de este parámetro, ya que en los diodos normales típicamente va entre 50V y 100V.
Ahora que ya sabes como funcionan los diodos, buen punto de partida práctico son dos de ellos, que son quizás los más comunes en circuitos simples: el 1N4148 y el 1N4001. Mientras el diodo 1N4148 es un diodo de pequeña señal, el 1N4001 es de uso general y puede conducir corrientes mayores, de hecho es más grande como puede ver en la siguiente fotografía.
El diodo 1N4148 es más adecuado para usarlo en circuitos donde no pase mucha corriente, por ejemplo en una etapa donde se procese una señal de voltaje, donde no hay mucha corriente, mientras el 1N4001 se puede usar en circuitos donde se manejen potencias mayores, por ejemplo una etapa de rectificación de una fuente de poder, como podemos ver a continuación, donde se muestra un rectificador de onda completa, que si se construye con diodos 1N4001 puede usarse en una fuente de poder.
LEDs o Diodos Emisores de Luz
Por lejos los diodos más conocidos por las personas en general -quizás sin siquiera saber que es un diodo- son los LEDs. Estos diodos son algo más entretenidos que los diodos normales, ya que cuando conducen emiten luz de cierto color fijado en el momento de su fabricación, mientras que al estar polarizados en inversa no hacen nada, pero hay que tener cuidado, porque su voltaje de ruptura es bastante menor que el de los diodos normales, siendo normalmente de alrededor de 5V, aunque en algunos casos es mayor. El color emitido por un LED depende de las impurezas que se agreguen al silicio y aleaciones, por lo que un diodo entregará una luz monocromática, esto es un color puro, existiendo hoy en día una amplia gama de colores a escoger, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, pasando por el espectro visible de la luz, donde los colores más comunes son rojo, amarillo, verde, azul y anaranjado. Además existen diodos RGB, que en realidad son 3 LED empaquetados juntos.
Normalmente la caída de voltaje en un LED conduciendo es mayor que en un diodo normal, por lo que existirá una mayor disipación de energía en el diodo, ésto es razonable pues hay una cierta cantidad de energía que se gasta en iluminar mientras una pequeña fracción se perderá en forma de calor en el diodo. El que esta fracción sea pequeña es un aspecto muy deseable y ha llevado a que los diodos sean cada vez mas utilizados en iluminación. La caída de voltaje depende del color de cada diodo y de su nivel de luminosidad, en un diodo de alta luminosidad azul el voltaje es de alrededor de 3.3V, mientras en uno de las mismas características pero rojo es de 2.2V. En general este voltaje se encuentra entre 1.2V y 3.5V.
¿Cómo podemos distinguir el ánodo del cátodo en un led?
fijémonos en la fotografía siguiente, es fácil reconocer el ánodo o terminal positivo porque su pata es mas larga, pero ¿qué hacemos si están cortadas? también es fácil si el led deja ver su interior podemos ver que hay dos metales, después es tan simple como fijarnos que el metal pequeño es el positivo.
Obviamente la aplicación más directa de los LEDs es la iluminación, al conectar un diodo en esta configuración debe tenerse precaución de limitar la corriente que pueda circular, para ésto puede colocarse una resistencia en serie. Otro uso entretenido es en los llamados optoacopladores, usados para comunicar ópticamente un circuito con otro, usando en conjunto dos dispositivos, que generalmente son un led y un fototransistor, que a grandes rasgos actúa como un circuito cerrado cuado llega luz desde el led a su base. Esta aplicación es más común de lo que se cree al recién conocerla, ya que de esta manera se puede aislar totalmente una etapa lógica de la siguiente, por lo que si hay algún problema que involucre potencias mayores, nuestros circuitos digitales estarán debidamente protegidos.
Diodos Schottky
Otro tipo de diodo bastante común es el llamado diodo Schottky, cuyos materiales son algo distintos a los de un diodo normal, ya que es mitad de silicio y mitad de metal, ésto se hace para lograr la característica que distingue a los diodos Schottky de otros: su bajo voltaje en conducción, mientras en un diodo normal éste se encuentra entre 0.7V y 1.2V, en los diodos Schottky va entre 0.15V y 0.45V mientras tienen un gran voltaje de ruptura al igual que los diodos normales.
Como es lógico, debido a su pequeño voltaje en conducción, éstos diodos disipan muy poca energía, por lo que una aplicación común es usarlos como protección de polaridad inversa. Protegiendo un circuito en caso que la fuente de poder se conecte al revés. También puede usarse un diodo común como el 1N4001, pero puede ser incómoda la reducción de voltaje.
Diodos Zener
Otro tipo de diodo ampliamente utilizado es el diodo Zener. Éstos diodos, que en la zona de conducción son prácticamente iguales a los diodos normales, están hechos para funcionar en la zona inversa a un voltaje de ruptura muy específico, este voltaje es llamado voltaje zener. Algunos voltajes comunes en los diodos Zener son 3.3V, 5V, 5.1V y 12V.
Como puede verse en la curva v-i mostrada a continuación; cuando el voltaje llega a la zona de ruptura, será practicamente el mismo para cualquier nivel de corriente, mientras que si el voltaje es menor que el voltaje de ruptura, el diodo se comporta casi como un circuito abierto. Finalmente hay un aspecto que puede causar confusión al principio, es el hecho que un diodo Zener se usa “al revés” de un diodo normal, porque sus características interesantes ocurren en la zona de polarización inversa, así que en general va montado contra el flujo de corriente.
Aprovechando el voltaje fijo máximo entregado por los diodos Zener y que si el voltaje entre sus terminales es menor que el de ruptura se comportan como un circuito abierto, se usan muy a menudo como protectores se sobretensión, en la configuración mostrada en la figura siguiente. Se ha agregado una resistencia para limitar la corriente que circula por el zener cuando está mas allá de la zona de ruptura.
