ASÍ FUNCIONAN LOS DIODOS

Texto e ilustraciones José Antonio E. García Álvarez



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Contenido:

Estructura de un elemento semiconductor.
Formación de un diodo de silicio de unión 
   "p-n".
> Polarización del diodo.  
Diodos de punta de contacto o "de señal".
Mecanismo de funcionamiento del diodo
   de silicio (Si).
Características de los diodos.
Encapsulados diferentes de los diodos.
Rectificación de la corriente alterna (C.A.) 
   empleando semiconductores diodos.
Rectificador con filtro a la salida de la 
   corriente directa.



POLARIZACIÓN DEL DIODO

Diodo polarizado directamente

Los diodos semiconductores, al igual que ocurría con las antiguas válvulas termoiónicas, actúan de forma similar al funcionamiento de una válvula hidráulica del tipo antirretorno.

Válvula antirretorno. La flecha estampada en su cuerpo metálico. indica el único sentido en que puede circular el fluido cuando se. conecta a un circuito hidráulico. Arriba la flecha azul identificada. como “A” señala el sentido de circulación permitido. Abajo la. flecha  roja  identificada  como  “B”  muestra  que  si  el  fluido.  hidráulico una vez que ha pasado a la parte izquierda de la válvula. intenta ir hacia atrás por el mismo camino, no podrá hacerlo porque. en ese sentido contrario al normal se encontrará bloqueada la. entrada de la válvula.

 

Cuando se instala una válvula antirretorno en un circuito hidráulico, el fluido sólo puede circular en un sentido, porque se bloquea en sentido inverso, ya que en ese caso su mecanismo interno se cierra automáticamente. De forma similar, para que la corriente eléctrica pueda fluir a través de un diodo, es necesario polarizarlo “directamente”. Para ello el polo negativo (–) de la batería o fuente de fuerza electromotriz se conecta al cátodo “K” o parte negativa (N) del diodo, mientras que el polo positivo (+) de la propia batería se conecta al ánodo “A” o parte positiva (P) del propio diodo.

En la parte superior de esta figura se representa el esquema de un. diodo energizado en “polarización directa”. Como se puede. observar, el polo negativo (–) de la batería se encuentra conectado. al cátodo “K” y el polo positivo (+) al ánodo “A” del diodo. Esta. conexión permite que la corriente de electrones que suministra la. batería  o  fuente  de  fuerza  electromotriz  pueda  circular  en  el. sentido que indican las flechas. En la parte de abajo  de  la  figura,. se  muestra  un  símil  hidráulico,  que  emplea  una  “válvula. antirretorno” con el paso abierto para que el fluido hidráulico pueda. así circular. Se puede observar que el fluido (representado por las. flechas de color rojo) atraviesa la válvula circulando  en  el  sentido. en el que la bola que sirve de compuerta a la válvula se abre. Así,. una vez que la presión del propio fluido hidráulico vence la fuerza. que ejerce el muelle sobre la bola, ésta cede y el líquido puede fluir. libremente. De forma similar en el circuito eléctrico de un diodo. polarizado de  forma  directa,  la  corriente  también  puede  fluir  a. través de mismo en un solo sentido.


Cuando polarizamos un diodo de forma directa, el polo positivo de la batería rechaza los huecos o agujeros contenidos en la región "P" (ánodo del diodo), y los obliga a dirigirse al empalme "p-n". En esas condiciones, la “zona de deplexión” se reduce por completo, por lo que los electrones en exceso en el material negativo o cátodo adquieren la suficiente energía como para poder atravesar la barrera de potencial existente en el empalme "p-n".

De esa forma los electrones penetran en la región "P" de la parte positiva del diodo para combinarse ahí con los huecos o agujeros. Al mismo tiempo la atracción que ejerce el polo positivo de la batería sobre los electrones (negativos) provoca que estos salten o se desplacen de hueco en hueco a través de esa mitad del diodo y recorran toda la región semiconductora "P". Así, los electrones que cede la batería o fuente de energía eléctrica a partir de su polo negativo (–), retornan a su polo positivo (+) después de atravesar el diodo. De esa manera se restablece el equilibrio electrónico interno de la propia batería, el cual se ve continuamente alterado durante todo el tiempo que se encuentre conectada al circuito cediendo electrones a la región “N” del diodo.


En la ilustración “A” se puede ver un circuito electrónico formado por un diodo de silicio (1), una pila o. batería (2), una lámpara LED en función de consumidor (3), un interruptor (4) y un miliamperímetro (5).. Como todavía el circuito se encuentra abierto (no se ha accionado el interruptor), la corriente eléctrica no. circula. En la ilustración "B" se ha accionado el interruptor y, de acuerdo con polaridad de la batería, el. diodo se polariza de forma directa permitiendo el paso de la corriente a través del circuito, por lo que la. lámpara LED se enciende y la aguja del miliamperímetro se mueve indicando que la corriente eléctrica. está circulando. En la ilustración “C” se ha cambiado la conexión de la batería en el  circuito, por  tanto. la polaridad también queda invertida. En esta ocasión, aunque el interruptor se accione, se puede. observar que la lámpara LED no se enciende y la aguja del miliamperímetro no muestra circulación de. corriente eléctrica alguna (se mantiene indicando “0” mA), pues al haberse cambiado la polaridad de la. batería el diodo se polariza de forma inversa impidiendo que la corriente eléctrica circule por el circuito.. El efecto que se obtiene es el mismo que si no se hubiera accionado el interruptor.


En resumen, el movimiento de los electrones desplazándose desde la parte negativa del diodo para recombinarse con los huecos en la parte positiva después de atravesar el empalme "p-n" o barrera de potencial, permite que la corriente electrónica fluya a través del mismo, siempre y cuando se encuentre polarizado directamente. Si bajo esas condiciones conectamos un miliamperímetro y un consumidor al circuito del diodo, se podrá apreciar que el instrumento de medición registra la circulación de corriente eléctrica.

Diodo polarizado inversamente

En la parte de arriba de esta figura se  representa  el  esquema  de. un diodo energizado en “polarización inversa”. Como se puede. observar, el polo positivo de la batería se encuentra conectado al. cátodo “K” y el polo negativo al ánodo “A”.

Esta conexión impide que la corriente de electrones que suministra. la batería u otra fuente de fuerza electromotriz pueda circular en el. sentido que indican las flechas y atravesar el diodo, por lo  que  no.. se puede completar el circuito eléctrico.

En la parte de abajo de la ilustración se muestra el esquema de. una  “válvula  hidráulica  antirretorno”  cerrada.  Aquí  se  puede. observar que el  fluido  hidráulico  (representado  por  la  flecha  de. color  rojo)  no  puede  atravesar  la  válvula  si  intenta  circular en. sentido  inverso,  debido a la presión que ejerce  el  muelle  sobre la.

bola y la propia presión que ejerce también el fluido hidráulico sobre ésta, lo que provoca el cierre. completo de la abertura de entrada. De forma similar un diodo polarizado de forma inversa impide que la. corriente eléctrica pueda fluir en sentido contrario, por lo que no puede atravesarlo, ni completarse. tampoco la circulación de corriente a través del circuito.


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  Última actualización: abril de 2012