El Diodo Rectificador

El diodo rectificadores un dispositivo es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor.

Tipos de Materiales:

Material Aislante:
El material aislante es aquel que tiene los electrones de sus átomos fuertemente unidos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos y, por ende, el paso de la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de tensión entre dos puntos del mismo. Material no conductor que, por lo tanto, no deja pasar la electricidad.

Ejemplos: el plástico, la madera, los cerámicos.

Material Dieléctrico :

Se denomina dieléctrico a un material con una baja conductividad eléctrica ; es decir, un aislante, el cual tiene la propiedad de formar dipolos eléctricos en su interior bajo la acción de un campo eléctrico. Así, todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

Características:

El material aislante no es capaz de conducir la electricidad.

Los dieléctricos son aislantes que polarizan cuando se aplica un campo eléctrico, pero tienen la capacidad de transmitir carga en la aplicación de un campo eléctrico externo esto debido a la producción de cargas inducidas, que surge debido a la aplicación de campo eléctrico. Las propiedades conductoras se representan debido a estas cargas inducidas.

Material Conductor:

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica. Sus átomos se caracterizan por tener pocos electrones en su capa de valencia, por lo que no se necesita mucha energía para que estos salten de un átomo a otro.

EL DIODO RECTIFICADOR

Concepto:

Un diodo rectificador es un componente electrónico de dos terminales positivo y negativo respectivamente que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario, no solo sirve para la circulación de corriente eléctrica sino que este la controla y resiste. Esto hace que el diodo tenga dos posibles posiciones: una a favor de la corriente (polarización directa) y otra en contra de la corriente (polarización inversa).

En 1873 Frederick Guthrie descubrió el principio de operación de los diodos térmicos, Guhtrie descubrió que un electroscopio cargado positiva mente podía descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que éste lo tocara. No sucedía lo mismo con un electroscopio cargado negativamente, reflejando esto que el flujo de corriente era posible solamente en una dirección.

El Diodo Rectificador (construcción): está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. El diodo más antiguo y utilizado es el diodo rectificador que conduce en un sentido, pero se opone a la circulación de corriente en el sentido opuesto.

Tipos de diodos:

Diodo detector o de baja señal: Su uso está presente en receptores de radio donde separan las señales de alta frecuencia o portadora de las señales de baja frecuencia o las señales audibles.

Diodo Rectificador de Media Onda: Es un circuito de un solo diodo al cual se le aplica un voltaje variable o corriente alterna, por ejemplo, una señala senoidal en sus terminales y durante el primer semiciclo estará polarizado en directa permitiendo el paso de la señal y se mantendrá en inversa durante el segundo semiciclo impidiendo el flujo de corriente.

Diodo Rectificador de Onda Completa: Para lograr la rectificación de onda completa se emplean al menos 2 diodos y en el caso del puente rectificador son 4 diodos, al tener conectados esta cantidad de diodos se logra que a la salida del circuito se tengan los dos semiciclos de la señal senoidal esto resulta más eficiente ya que si pensamos en el área bajo la curva de la señal senoidal, con esta configuración se mantiene intacta idealmente.

Diodos Recortadores: Son una red de diodos que recortan una parte de la señal sin alterar el resto de la señal aplicada, el recortador más simple es el rectificador de media onda, se construye usando un diodo y un resistor únicamente.

DIODO ZENER

Es un tipo de diodo que cuenta con la característica especial de mantener un voltaje constante entre sus terminales, los diodos Zener tienen un dopaje especial que permite polarizarlo en inversa y mantenerlo en la región Zener de la curva característica del diodo, en esta zona la corriente del diodo ID es igual a la corriente de saturación en inversa Iz provocando que el voltaje en las terminales del diodo no cambie mientras no supere la zona Zener, ya que al superar esta zona el diodo puede entrar en la zona de ruptura y quemarse.

Si variamos el nivel de dopado en los materiales, también variaremos la ubicación en la zona Zener, por lo tanto, el potencial Zener se reduce si el nivel de dopado aumenta el nivel de impurezas en los materiales. Esto permite la existencia de diodos Zener que soportan potenciales desde 1.8 Volts hasta unos 200 Volts, soportando potencias desde un cuarto de watts hasta unos cincuenta watts. Si polarizamos en directa un diodo Zener, este se comportará idealmente igual a cualquier otro diodo.

Diodo Varactor: Los diodos varactores son conocidos también como varicap, VVC (capacitancia variable dependiente de voltaje) o de sintonización. El diodo varactor son considerados capacitores semiconductores dependientes del voltaje. Este tipo de diodo depende de la capacitancia que haya en la unión p-n cuando es polarizado en inversa. 

Diodo emisor de luz LED: El diodo LED es un tipo de diodo que emite luz visible al energizarse, recordemos que en cualquier unión p-n polarizada en directa dentro de la estructura y principalmente cerca de la unión p-n hay una recombinación de huecos y electrones, esta recombinación necesita que la energía adquirida por los electrones sea liberada y se transforme en otro estado, en todas las uniones n-p de los semiconductores una parte de esta energía se libera en forma de calor y otra en forma de fotones y depende del tipo de material semiconductor la energía se liberara en mayor o menor proporción.

Diodos Emisores de Luz Infrarroja: Como los LED infrarrojos están construidos principalmente por Arseniuro de Galio de estado sólido que emiten un flujo radiante cuan se conecta en directa. Cuando la región de la unión se polariza en directa, los electrones de a región n se recombinan con los huecos excedentes de la región p en una región de recombinación situada entre los materiales p y n, esta recombinación provoca que el diodo emita una radiación de energía en forma de fotones, los cuales se reabsorben en la estructura o abandonan el dispositivo en forma de energía radiante.

Diodo Emisor de Luz Laser: Este tipo de diodo como otros emisores de luz irradian energía tras la recombinación de los electrones con los huecos de los materiales extrínsecos p y n de su estructura, estos leds irradian una poderosa luz invisible para el ojo humano fuertemente concentrada, también son conocidos como láseres de inyección o ILD’s y son usados en muchas aplicaciones como en los lectores de CD, DVD, Blueh-ray, HD-DVD, interconexiones ópticas en los circuitos integrados, impresoras láser, etc.

Diodo Tunel:

En 1958 Leo Esaki presentó el diodo túnel por que también se le conoce como diodo Esaki y tiene una característica que lo diferencia de prácticamente todos los otros diodos, un diodo túnel posee una región de resistencia interna negativa, en esta región un incremento del voltaje terminal reduce la corriente del diodo. El diodo túnel se fabrica dopando los materiales semiconductores que forman la unión p-n a un nivel de 100 o varios miles de veces más al de un diodo semiconductor típico.

Los diodos PIN :

son aquellos semiconductores que tienen una estructura de 3 capas, las capas externas son de material tipo p y n, mientras la capa intermedia es un material intrínseco, de allí recibe el nombre de PIN, P por el material tipo p, I por el material intrínseco y N por el material tipo N.

Diodo Backward:

Este diodo es una variación del diodo Zener y el diodo túnel, este diodo también es llamado back diode o diodo hacia atrás, está construido de Germanio y se caracteriza por mantener una mejor conducción al ser polarizado en inversa que al ser conectado en directa.

El diodo Schottky:

Es también es conocido como barrera superficial o portadores calientes y es un dispositivo con una rápida respuesta a altas frecuencias y de bajo ruido, inclusive lo podemos encontrar en fuentes de alimentación de alto voltaje y baja corriente, también lo podemos encontrar en la lógica TTL Schottky para computadoras. Su construcción es bastante diferente a la convencional p-n y se trata de la unión de un metal semiconductor, donde el material semiconductor normalmente es Silicio tipo n y en algunas ocasiones tipo p, mientras que el metal puede ser molibdeno, platino, cromo o tungsteno. Esta estructura causa que en ambos materiales el electrón sea el portador mayoritario y los huecos sean insignificantes.

Fotodiodos:

Los fotodiodos se construyen a partir de la unión de elementos semiconductores p-n y su región de operación se limita a la polarización en inversa, los fotodiodos vienen con un tipo de ventana transparente que permite el paso de la luz a la unión p-n, permitiendo que la energía de las ondas luminosas o fotones lleguen a la estructura atómica de los elementos, dando como resultado un incremento de portadores minoritarios y corriente inversa, por lo tanto, si la luz aumenta la corriente en inversa también crecerá, se utilizan mucho en sistemas de iluminación, sistemas de seguridad, contadores de objetos, etc. 

POLARIZACIÓN DEL DIODO RECTIFICADOR

Polarización Inversa:

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.

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.

Rectificador de Media Onda

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna, de lleno conducen cuando se polarizan inversamente. Además su voltaje es positivo.

Un circuito RC sirve como filtro para hacer que el voltaje alterno se vuelva directo casi como el de una batería, esto es gracias a las pequeñas oscilaciones que tiene la salida del voltaje, las cuales son prácticamente nulas. La primera parte del circuito consta de una fuente de voltaje alterna, seguido de un diodo que en esta ocasión será ideal (simplemente para facilitar la comprensión del funcionamiento) y finalmente el filtro RC.

Funcionamiento:

• Entra corriente alterna al circuito, la cual se rectifica con el diodo. (Solo permite pasar un semi-ciclo de la corriente, que en este caso es el semi-ciclo positivo)
• En el momento que el voltaje sale del diodo el condensador se empieza a cargar y la caída de voltaje se recibe en la resistencia.
• En el entender que es lo que está pasando y como calcular el filtro.

Rectificador Onda Completa Toma Central

Los rectificadores de onda completa son de 2 tipos principalmente los que utilizan 4 diodos que son los denominados rectificadores tipo puente o los que usan 2 diodos llamados rectificadores con toma central.

Rectificador de Onda Completa en Puente

Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.
Funcionamiento:

Durante el semiciclo positivo de la tensión de la red, los diodos D₁ y D₃ conducen, esto da lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga.Los diodos D₂ y D₄ conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo positivo en la resistencia de carga.El resultado es una señal de onda completa en la resistencia de carga. Hemos obtenido la misma onda de salida V_L que en el caso anterior.La diferencia más importante es que la tensión inversa que tienen que soportar los diodos es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuito.

Curva Característica del Diodo Rectificador

En el post anterior vimos lo que es un diodo y la diferencia de una polarización directa e inversa. La curva característica representa el comportamiento en el flujo de electrones (corriente) que ocurre al ser sometido el diodo a una tensión que polarice al mismo directa o inversamente.

• Cuando el diodo está polarizado en directa, no hay una corriente significativa hasta que la tensión en el diodo sea superior a la barrera de potencial.
• Cuando el diodo está polarizado en inversa, casi no hay corriente inversa hasta que la tensión del diodo alcanza la tensión de ruptura. Se produce entonces una avalancha de electrones inversa que destruye al diodo.