Electrónica Analógica

Por Newton C. Braga

En 1972, ya con experiencia en la enseñanza de la electrónica en cursos, fui contratado por una gran organización de la enseñanza por correspondencia para renovar su curso práctico de electrónica. Terminando este trabajo, fui a trabajar en la editorial Saber en 1976 donde fui a publicar en las páginas de la Revista Saber Electrónica, el primer Curso de Electrónica de Instrucción Programada, una novedad que atrajo la atención de miles de lectores que tuvieron su formación inicial plenamente apoyados en las enseñanzas que hemos puesto a disponibilidad. El éxito de este curso hizo que en varias ocasiones subsecuentes el curso fuera repetido y actualizado en las páginas de la misma revista en portugués y en publicaciones en México y Argentina de la misma revista. En este intervalo publicamos la primera edición completa de este curso que recibió el nombre de Curso Básico de Electrónica y llegó a su quinta edición en 2009. Sin embargo, desde la primera edición y el primer curso en la publicación, muchas cosas han cambiado, y aunque se han realizado varias actualizaciones, ha llegado el momento de hacer algo nuevo, adaptado a los nuevos tiempos de la electrónica, en un formato más actual y con contenido que resulta más útil para todos los que desean aprender los fundamentos de la electrónica. De esta manera los contenidos del curso anterior se separaron en dos, Curso Básico de Electrónica (ya publicado – Vol. 1 de la serie) y Curso de Electrónica Analógica (que es este Volumen – Vol. 2), que debe ser complementado con la versión ya existente del Curso de Electrónica Digital. El Curso de Electrónica Digital que debe ser remodelado, tendrá un nuevo enfoque y, en un cuarto volumen, vamos a tener la parte práctica. Así, en esta primera edición del Curso de Electrónica Analógica, abordamos todos los conocimientos de esas ediciones y más información actualizada sobre nuevas tecnologías, Nuevos componentes y Nuevas aplicaciones. La edición original de este curso fue publicada en Brasil en 2016. Podemos decir que este libro, como los demás, puede ser considerado como la plataforma de iniciación ideal para muchos cursos, desde técnicos hasta disciplinas electivas, reciclaje de conocimiento incluso aquellos que desean tener una segunda actividad en electrónica o necesitarlos para su trabajo en el área relacionada.

• Idioma: Español
• Editorial: Editora NCB
• Fecha de lanzamiento: 22 ene 2019
• ISBN: 9788595680500

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2018 

Lección 1 - Materiales Semiconductores y Diodos

Toda la electrónica moderna se basa en los materiales semiconductores. Son sus propiedades que permiten la fabricación de los principales componentes modernos, de los más simples como diodos y transportadores, incluso los más complejos como los circuitos integrados comunes, microprocesadores, micro controladores, DSPs, FPGAs y mucho más. En esta lección Vamos a estudiar estos materiales, sus propiedades eléctricas y cómo se pueden utilizar en la electrónica. La lección se muestra en los siguientes ítems:

1.1 – Estructura y propiedades de materiales semiconductores

1.2 – Juntura PN

1.3 – El diodo semiconductor

1.4 – Tipos de diodos

1.5 – El diodo Zener

1.6 – El Led (Diodo Emisor de Luz)

1.7 – Los fotodiodos

1.8 – Otros tipos de diodo: Schottky, tunnel, varicap, etc.

1.1 – Estructura y propiedades de materiales semiconductores

Como afirmamos en la presentación de esta lección, muchos componentes modernos, como transformadores, circuitos integrados y otros, en los que se basan los sistemas electrónicos modernos, son fabricados a partir de ciertos materiales que exhiben propiedades eléctricas especiales. Estos materiales se llaman semiconductores. Estudiamos en las lecciones del Curso Básico (Volumen anterior de la serie) que hay dos tipos de comportamiento de los materiales en relación con la capacidad de conducir la corriente eléctrica. Hay los materiales a través de los cuales la corriente puede fluir fácilmente, siendo llamados los conductores, y los materiales en los cuales la corriente no puede pasar, denominados aislantes.

Entre los conductores destacamos los metales, los gases ionizados, las soluciones iónicas, etc. Entre los aisladores destacamos el vidrio, el caucho, la mica, los plásticos, etc.

Hay, sin embargo, una tercera categoría de materiales, un grupo intermedio de materiales que no son buenos conductores, porque la corriente tiene dificultad para pasar a través de ellos, pero no son del todo aislantes. En estos materiales, los portadores de carga pueden moverse, pero con cierta dificultad. Estos materiales se llaman semiconductores.

Entre los materiales semiconductores más importantes, que presentan estas propiedades, destacamos los elementos químicos silicio (Si), germanio (Ge) y el Selenio (Se). En una gama de capacidades para conducir la corriente, estarían en posiciones intermedias, como se muestra en la figura 1.

Figura 1 – La banda de conductividad de los materiales

Durante algún tiempo, muchos componentes electrónicos se hicieron exclusivamente de germanio, caso de los primeros transistores, pero entonces el silicio prácticamente asumió el control de la tecnología electrónica y, hoy en día algunos otros materiales comienzan a aparecer en aplicaciones Importante como el Galio (GA), el indio (In), y Varias aleaciones que incluyen el uso de estos materiales juntos.

Superconductores

En el curso básico hablamos de un tipo especial de conductor que, a muy bajas temperaturas, pierde totalmente la resistencia. Estos materiales, que en las temperaturas comunes presentan cierta resistencia, pasan a tener una resistencia nula, convirtiéndose de tal modo en superconductores.

Semiconductores orgánicos

Es posible, a través de tecnologías especiales, crear moléculas orgánicas (basadas en carbono) que presenten propiedades eléctricas de semiconductores. Los primeros componentes electrónicos basados en esta tecnología comienzan a aparecer en algunas aplicaciones, como los sensores. 

En la figura A, Tenemos un Molécula orgánica que se comporte como un semiconductor N

Figura A – Molécula orgánica desarrollada en la Universidad de Stanford y se comportó como un semiconductor N.

Para que entendamos el comportamiento de estos materiales, será interesante analizar la forma en que los átomos están dispuestos en estos materiales. En el germanio y en el silicio, los átomos poseen 4 electrones en su última capa para que, cuando forman una Estructura, estos átomos tengan la forma en que pueden ser vistos haciendo clic en la figura 2.

Figura 2 – La estructura cristalina del silicio y del germanio

Es una Estructura cristalina en la que se mantiene la disposición a lo largo del cuerpo, dotada de propiedades especiales.

Para aquellos que han estudiado la química de una manera algo más avanzada, esta Estructura muestra que el equilibrio se logra. De hecho, la tendencia de los átomos en una estructura es la junción de tal manera que en la última capa siempre tenemos ocho electrones. Así, en forma de cristal, como lo que Vimos, tanto el germanio como el silicio pueden compartir los electrones de las últimas capas de átomos Vecinos, por lo que siempre tendremos 8 electrones alrededor de cada núcleo, como puede Ver el lector haciendo clic en la figura 3.

Figura 3 – Los átomos comparten electrones para que cada uno permanezca con su capa externa completa.

Este reparto hace que la estructura obtenida sea muy estable, y los electrones tan firmemente atrapados en los puntos en los que deben permanecer que su movilidad se reduce a través del material.

Como los electrones son portadores de carga, la dificultad que encuentran en la mudanza a través de los átomos de esta estructura dificulta el paso de cualquier corriente eléctrica. Esto causa la resistividad de materiales semiconductores puros, como el silicio o el germanio, es muy alta.

En su forma pura ningún material semiconductor, como el silicio y el germanio, encuentran aplicaciones prácticas en la electrónica, pero la situación cambia si añadimos ciertas impurezas a estés materiales.

Estas impurezas consisten en las sustancias cuyos átomos tienen en su última capa un número de electrones con excepción de 4. Y para que se obtenga el efecto deseado, la adición de estas impurezas se hace en una cantidad extremadamente pequeña del orden de pocas partes por millón o p.p.m. Entonces tenemos dos posibilidades de agregar impurezas a los materiales semiconductores:

Elementos cuyos átomos poseen 5 electrones en la última capa (capa Valencia). Estos elementos se denominan pentavalentes.

Elementos cuyos átomos poseen 3 electrones en la última capa (capa Valencia). Estos elementos se denominan trivalentes.

El primer caso se puede Ver en la figura 4. Se trata del elemento arsénico (As) que tiene 5 electrones en su última capa. Supongamos que formamos una Estructura en la que cada átomo de arsénico está rodeado de átomos de germanio (o silicio).

Figura 4 – Obteniendo un material tipo N 

Como los átomos vecinos sólo pueden compartir 8 electrones en la forma que se muestra en la figura, sigue habiendo un electrón en el lugar donde hay un átomo con 5 electrones. Este electrón restante es movilidad, y puede moverse a través del material. El electrón puede saltar de átomo a átomo, moviéndose a través de la Estructura.

Esta movilidad permite su uso como portador de cargas, es decir, un agente que permite la circulación de corrientes.

Así, en los materiales dopados con estos átomos, la resistividad es menor y tienen mayor capacidad para llevar a cabo la corriente. Como los portadores de la carga son electrones (negativos) decimos que es un tipo N (negativo) material del semiconductor.

En la segunda posibilidad, agregamos una impureza que tiene átomos dotados de 3 electrones en la última capa, como el indio (In), luego obteniendo una estructura como el lector puede ver en la figura 5.

Figura 5 – Estructura de un material P, dopado con indio (In)

Atención.: Dibujamos las Estructuras de esta figura y la anterior en un plan para mayor facilidad de comprensión. En realidad, son de tres dimensiones. 

Ver entonces que en la localización del átomo dopante (In) no hay 8 electrones que se compartirán, pero solamente 7. Entonces hay una vacante o hueco que podría ser llenada por los electrones.

Este hueco tiene una propiedad importante. Puede recibir electrones que se mueven a través del material. Los electrones, que se mueven a través del material, pueden saltar en estos huecos, moviéndose a través de él. En otras palabras, la presencia del hueco facilita el movimiento de cargas a través del material, también disminuyendo su resistividad.

Como los portadores de carga, en este caso, son los huecos, es decir, la falta de electrones, que podrían asociarse a una carga positiva, como prevalece en este lugar, se dice que el material semiconductor así obtenido es de tipo P (positivo).

Podemos elaborar materiales semiconductores tanto de tipo P como tipo N, utilizando elementos como silicio, germanio y Varios otros, con extensas aplicaciones en electrónica. Sólo dopaje estos materiales como los elementos trivalentes o pentavalentes que estudiamos.

Los chips

En un montón de equipos modernos como computadoras, teléfonos móviles, televisores, DVDs, MP3, etc. hay componentes que se llaman popularmente chips. Estos chips, de hecho, son pequeños insertos de semiconductor de silicio que existen dentro de los componentes llamados circuitos integrados. Los circuitos integrados tienen miles o incluso millones de componentes Virtuales que se obtienen mediante el desarrollo de regiones microscópicas de materiales N y P. estas regiones, trabajando juntas hacen que el circuito pueda desempeñar funciones muy complejas, algunas de las cuales Todavía estamos estudiando en este curso. Es gracias a las propiedades de los materiales semiconductores, y lo que ocurre cuando diferentes tipos se unen de diversas maneras, que todas las maravillas de la electrónica moderna son posibles.

Chips (circuitos integrados) montados en una placa

1.2 – Juntura PN

Cuando combinamos dos materiales semiconductores de diferentes tipos, P y N, se forma entre ellos una junción o juntura que tiene importantes propiedades eléctricas. De hecho, son las propiedades de las junciones de semiconductores que permiten fabricar todos los dispositivos semiconductores modernos, del diodo, pasando por el transistor al circuito integrado.

La junción semiconductora es parte integral de dispositivos tales como los SCRs, Triacs, LEDS, MOSFETS, y muchos otros. Por esta razón, entender su comportamiento eléctrico es vital para cualquiera que desee profundizar el conocimiento de la electrónica. Si no sabemos cómo funcionan estas funciones, no seremos capaces de entender cómo funciona cualquier dispositivo semiconductor que los utilice. Para entender cómo funciona la conexión, Vamos a dejar dos piezas de materiales semiconductores, una P y otra N, que se unen, con el fin de formar una junción, como se muestra en la figura 6.

Figura 6 – Obteniendo de junción PN 

En el sitio de la junción, los electrones que están en exceso en el material N se mueven hasta el material P, luego buscando huecos, donde se fijan. 

El resultado es que tenemos electrones neutralizando huecos, es decir, en esta región no tenemos más material ni N ni P, sino un material neutro. Sin embargo, mientras se produce la neutralización, se manifiesta una pequeña tensión eléctrica entre las dos regiones de material semiconductor. Esta tensión, que aparece en la junción, consiste en una verdadera barrera que debe ser superada para que podamos circular cualquier corriente entre los dos materiales. Como sugiere el fenómeno, el nombre dado es barrera de potencial, como se muestra en la figura 7.

Figura 7 – La barrera de potencial 

Esta barrera tiene un valor que depende de la naturaleza del material semiconductor utilizado, el orden de 0,2 V para el germanio y 0,6 V para el silicio. La Estructura indicada, con dos materiales semiconductores, P y N, forman un componente que cuenta con importantes propiedades eléctricas y que llamamos diodo semiconductor, o simplemente diodo. Él es el que estamos tratando el siguiente tema.

1.3 – El diodo semiconductor

Para hacer una corriente eléctrica circular a través de una estructura, como la que se estudió en el ítem anterior, con dos materiales P y N formando una junción, hay dos posibilidades, o dos sentidos posibles: la corriente puede fluir desde el material P hasta la N, o viceversa. 

En la práctica, veremos que a diferencia de los cuerpos comunes que conducen la electricidad, la corriente no se comporta de la misma manera en ambas direcciones. 

La presencia de la conexión causa un comportamiento totalmente diferente para manifestarse en cada caso. Entonces asumiremos inicialmente que una batería está conectada a la Estructura formada por los dos pedazos de material del semiconductor que forman la conexión, es decir la estructura del PN. 

El material P está conectado al polo positivo de la batería, mientras que el material N está conectado al polo negativo. Entonces hay una repulsión entre las cargas que causan los portadores del material P, es decir, los huecos se mueven hacia la conexión, mientras que los portadores de la carga del material N, que son los electrones libres, se desvían del polo de la batería que es empujado hacia la conexión.

Los portadores positivos de la carga (huecos) y los negativos (electrones) están en la región de la conexión donde, porque tienen diversas polaridades recombinar y se neutralizan. La recombinación de estas cargas, empujada por la batería, abre camino para que se empujen nuevas cargas a esta región, formando así un flujo constante.

 Este flujo, nada más es que una corriente eléctrica que puede fluir libremente a través del componente, sin encontrar mucha resistencia u oposición.  Decimos, en estas condiciones, que el componente, este polarizado en la dirección directa, como se muestra en la figura 8.

Figura 8 – Conexión polarizada en la dirección directa. 

Este componente, llamado diodo, como hemos visto, permite el paso actual sin oposición cuando se polariza en la dirección directa.

Por otro lado, si reinvertimos la polaridad de la batería en relación con los trozos de material semiconductor de esta estructura, el fenómeno que se manifiesta es diferente. Los portadores del material N se sienten atraídos por el polo positivo del generador alejándose de la región de la conexión. La polarización inversa se puede Ver en la figura 9.

Figura 9 – Conexión polarizada en la dirección inversa 

De manera similar, los portadores del material P también se alejan de la conexión, lo que significa que tenemos una ampliación de la conexión, con un aumento de la barrera potencial que impide la circulación de cualquier corriente eléctrica. La Estructura polarizada de esta manera, es decir, polarizada en la dirección inversa, no permite que el corriente pase.

En la práctica, una pequeña corriente del orden de las millonésimas de ampères puede circular incluso cuando el diodo está polarizado en la dirección inversa. Esta corriente de fuga es debido al hecho de que el calor ambiente agita los átomos del material de una manera tal que, uno u otro portador de carga pueda ser lanzado, transportando la corriente de esa manera. 

Como la intensidad de esta corriente varía con la temperatura, una estructura de este tipo, es decir, un diodo, también se puede utilizar como un sensor de temperatura excelente. Termómetros electrónicos, sensores de calor que conectan un ventilador cuando un componente se calienta son basados en esta propiedad de los diodos semiconductores.

Sensor Diodo

Los diodos, tales como la figura, se pueden utilizar como sensores de temperatura en Varios usos prácticos.

Ver entonces que una estructura simple PN del Silicio o del Germanio da lugar ya a un componente electrónico importante que es el diodo. En la figura 10 el lector tendrá la estructura y el símbolo utilizado para representar el componente que se asemeja a una flecha que indica la dirección de la corriente.

Figura 10 – Símbolo, Estructura y aspectos de los principales tipos de diodos 

En la misma figura tenemos los aspectos de estos componentes, cuyo tamaño depende de la intensidad de la corriente que puede controlar o accionar y también la tensión máxima que puede manifestarse entre sus terminales. Ver que hay una banda o anillo en algunos tipos de diodos, indicando el lado del cátodo, es decir, el lado del material N.

Diodos SMD

De la misma manera que muchos otros componentes electrónicos, hay Versiones de los diodos en envolturas extremadamente pequeñas, llamadas SMD (para montaje en superficie). En la figura A tenemos ejemplos. 

El diodo semiconductor se puede polarizar de dos maneras, como verá el lector en la figura 11.

Figura 11 – Polarización directa y polarización inversa de un diodo. 

Si el diodo está polarizado como se muestra en la figura (a), con el polo positivo de la batería u otra fuente de energía en su ánodo, la corriente puede fluir fácilmente, ya que el diodo presenta una resistencia muy baja. Decimos que el diodo está polarizado en la dirección directa.

Si la polarización se hace como se muestra en la misma figura (b), entonces ninguna corriente puede circular. Decimos que el diodo está polarizado en la dirección inversa.

Es muy común que se realice la comparación de un diodo semiconductor con una válvula de retención hidráulica, como se muestra en la figura 12. 

Figura 12 – La válvula de retención hidráulica funciona como diodo 

Si el agua se fuerza a circular en una dirección (directa), la válvula se abre, permitiendo que pase libremente. Sin embargo, si el agua es forzada en la dirección opuesta (inversa), la válvula permanece cerrada y el agua no puede circular.

Analogías

Muchos componentes electrónicos se pueden analizar de una manera más simple de entender, si hacemos comparados con análogos (similares) como los hidráulicos y los neumáticos. Por lo tanto, los fluidos, como el agua o un gas, hacen que la corriente eléctrica en estos dispositivos que funcionan de una forma similar.

Por estas propiedades, se puede utilizar un diodo semiconductor en muchas aplicaciones electrónicas importantes, muchas de las cuales tendremos la oportunidad de ver en este curso.

Observe, aunque, debido al hecho de que necesitamos superar la barrera potencial de 0,2 V para diodos de germanio, y 0,6 V para diodos de silicio, cuando se produce la conducción, aparece en el componente siempre esta tensión, independientemente de la intensidad de la corriente que está circulando a través de ella, como se puede ver en la figura 13.

Figura 13 – Caída de tensión en un diodo 

De hecho, como la resistencia del diodo es muy baja, en su condición de conducción de corriente completa, si no hay ningún componente que limite esa corriente en el circuito, el diodo corre el riesgo de quemar, por lo tanto, hay un valor máximo para la intensidad de la corriente que puede conducir.

Cuidado con los diodos

Como cualquier componente, los diodos también tienen límites que deben ser observados para que no se quemen.

De manera similar, también hay un límite a la tensión máxima que podemos aplicar en un diodo para polarizarlo en la dirección inversa.

Llega un punto donde, incluso revesa polarizado, la barrera de potencia ya no puede contener el flujo de cargas rompiendo con la cocción del componente.

Los diodos comunes entonces se especifican según la corriente máxima que puede conducir en la dirección directa, abreviada por If (O f viene de forward que en inglés significa directo), y por la tensión máxima que puede soportar en la dirección inversa, abreviado por Vr (O r viene de reverse que, en inglés, significa inversa). Como veremos más adelante, hay algunos tipos de diodos especiales que pueden funcionar polarizados en la dirección inversa y que cuentan con características muy interesantes para la electrónica.

 Diodos por Toda Parte

Encontramos diodos semiconductores por toda parte. Controles industriales, computadoras, estéreos, televisores, teléfonos celulares, circuitos electrónicos automotrices, equipos médicos y todo. Estos diodos pueden estar presentes en forma de un componente independiente (como en fuentes de alimentación) y que pueden ser retirados, probados e intercambiados, como pueden ser incrustados en circuitos integrados, es decir, en uno de esos componentes más complejos con muchos Terminales y que en realidad están formados por muchos otros componentes en una sola tableta de silicio, como veremos en el futuro.

1.4 – Tipos de diodos

A medida que estudiamos, el material semiconductor utilizado en la formación de junturas puede ser el germanio como el silicio. Así que tenemos los diodos de germanio como de silicio. Y, en estos grupos, los tipos todavía pueden tener propósitos diferentes, por lo que se construyen de manera diferente. Analizamos algunos tipos de diodos.

1.4.1 - Diodos de Germanio

En la figura 14 tenemos la Estructura interna de un diodo de germanio, no muy utilizado hoy en día, pero todavía se encuentra en algunos equipos y aplicaciones especiales.

Figura 14 – Un diodo de germanio 

Este tipo de diodo se utiliza en circuitos que operan con corrientes muy débiles, pero tiene la ventaja de poder operar con variaciones muy rápidas de corrientes, es decir, con señales de alta frecuencia. Por lo tanto, se utiliza principalmente en la detección de señales de radio. Los tipos bien conocidos son los 1N34, 1N60, OA79, etc.

Ver que la especificación de los diodos se hace según una codificación. Para los diodos con nomenclatura americana, tenemos la sigla 1N, mientras que para los tipos que siguen la nomenclatura europea tenemos las siglas OA o BA.

Otros códigos

De hecho, hay muchos otros códigos menos usados. Los más problemáticos son los códigos adoptados por fabricantes no conocidos, cuya especificación de los diodos es difícil de obtener. Estos diodos, cuando presentan problemas en un circuito, siempre traen dolores de cabeza al profesional que necesita encontrar un reemplazo.

De hecho, todos los semiconductores tienen códigos de identificación internacionalmente aprobados como los que damos a continuación.

1.4.2 - Código Pro-electrón

Este código se utiliza en la identificación de semiconductores que se adoptan principalmente en Europa. El código consta de dos o tres letras, seguida de un número de serie (sufijo) con el siguiente significado:

La primera letra indica el material, según la siguiente tabla:

A = Ge

B = Si

C = GaAs

R = materiales compuestos

La segunda letra indica la aplicación del dispositivo según la siguiente tabla:

 A: Diodo del RF 

 B: Varicap

 C: Transistor, AF, pequeñas señales

 D: Transistor, AF, potencia

 E: Diodo Tunnel 

 F: Transistor, HF, pequeña señal

 K: Dispositivo de efecto Hall

 L: Transistor, HF, potencia

 N: Acoplamiento óptico:

 P: Dispositivo sensible a la radiación

 Q: Dispositivo que produce radiación

 R: Tiristor, Baja potencia

 T: Tiristor, Potencia

 U: Transistor, potencia, conmutación

 Y: Rectificador

 Z: Zener, o diodo del regulador de tensión

La tercera letra indica que el dispositivo está indicado para aplicaciones industriales o profesionales, así como comerciales. El sufijo es generalmente W, X, Y, o Z. El número de serie va de 100 a 9999. Un sufijo adicional determina típicamente el rango de ganancia, como en las normas JEDEC.

Ejemplos 

BC548A – Transistor de silicio de baja potencia

BAW68 – diodo para aplicaciones profesionales en RF

BD135 – transistor del silicio de la energía

BF494 – transistor de silicio de baja potencia para RF

En el ejemplo BC548A, la A indica una característica adicional dentro del mismo grupo. Por ejemplo, la ganancia. veremos qué significa eso en las próximas elecciones.

1.4.3 - Diodos de Silicio de Uso General

Se trata de diodos de silicio fabricados para trabajar con corrientes de pequeña y mediana intensidad, del orden máximo 200 mA, y tensiones que no van mucho más allá del 100 V. Se utilizan en circuitos protectores, circuitos lógicos, polarización, caída de tensión, referencia, etc. En la figura 15 mostramos  el diodo 1N4148 es uno de los más comunes en esta serie.

Figura 15 – Un diodo 1N4148 

Código de colores

Algunos fabricantes suelen indicar el tipo de diodo por el mismo código de colores que estudiamos para los resistores. Así, el 1N4148 viene con las vendas amarillas, blancas, amarillas  grises.

1.4.4 - Diodos Rectificadores de Silicio

Son diodos destinados a la conducción de corrientes intensas, llevando también altas tensiones que pueden superar los 1 000 V. 

Una serie muy usada de diodos de los rectificadores es el 1N400x donde el x puede ir a partir del 1 a 7. Son diodos de 1 A, muy usados en la ratificación de corrientes alternadas en fuentes de alimentación. Las características de estos diodos son:

1N4001 – 50 V

1N4002 – 100 V

1N4003 – 200 V

1N4004 – 400 V

1N4005 – 600 V

1N4006 – 800 V

1N4007 – 1000 V

Es muy común utilizar el 1N4002 en fuentes de hasta 20 V, el 1N4004 en circuitos conectados en la red de 110/127 V, y el 1N4006 o 1N4007 en las redes de 220 V.

Cuando se utiliza este diodo se da un buen margen de seguridad. Además, hay otros que realizan importantes funciones en circuitos electrónicos y se analizan a tiempo.

Ver que las tensiones indicadas en la tabla son las tensiones máximas, no RMS. así, en la red de 110 V, por ejemplo, como estudiamos en el Curso Básico, el pico puede superar el 150 V, por lo tanto, utilizar el 1N4003, preferiblemente el 1N4004, y nunca el 1N4002.

Diodos de potencia muy alta 

En aplicaciones donde la corriente es muy alta, como maquinaria industrial, vehículos eléctricos, etc., podemos encontrar diodos con capacidades de corriente de centenas  o miles de ampères, como los de la figura A.

Figura A – Diodos de alta corriente

1.5 – El diodo Zener

De acuerdo con que estudiamos, hay un límite a la tensión que se puede aplicar en la dirección inversa en un diodo común. Cuando la tensión excede este valor, varía de tipo a tipo de diodo, la juntura rompe, haciéndolo conductor y, con esto, llevando una corriente intensa. La corriente atraviesa sin encontrar más obstáculos.

Para los diodos comunes, esta interrupción en el sentido inverso significa la quema del componente. La corriente fuerte termina causando la pérdida de las propiedades de los materiales semiconductores que forman su estructura.

Sin embargo, hay diodos que están diseñados para soportar la corriente en dirección inversa hasta cierto punto, incluso cuando la tensión inversa se supera. Estos componentes son de gran importancia para la electrónica moderna. En la figura 16 tenemos una curva que muestra la característica de un diodo común, y también puede servir para que podamos introducir un nuevo tipo de componente: el diodo Zener. 

Advertimos a los lectores que siempre es bueno saber interpretar gráficos como el dado en la figura 16, ya que este es uno de los primeros diferentes de una recta (Ver resistor) que vamos a explorar de una manera algo más detallada en nuestro curso, Vamos a ver lo que dice. El gráfico, por ejemplo, muestra que el diodo sólo comienza a conducir cuando se alcanza el tensión V1, cuando la corriente en el diodo comienza a aumentar intensamente (la curva sube), pero la tensión prácticamente no varía (porque la curva es prácticamente perpendicular al eje V. Por otro lado, en el tercer cuadrante (III), tenemos el punto donde se produce la ruptura inversa (VP), cuando la corriente puede aumentar mucho en la dirección inversa (la recta es vertical, perpendicular al eje V en este ponto VP).

Figura 16 – Curva característica de un diodo común 

Vea entonces que, cuando se produce una ruptura en la dirección inversa, tanto como la corriente aumenta, la tensión en el diodo permanece fija, en el valor VP, que a partir de ahora se denominará Vz o tensión Zener.

Esto significa que si tenemos un diodo que puede trabajar en este punto de la curva característica sin quemar, será capaz de mantener la tensión en un circuito independientemente de la corriente, es decir, puede funcionar como un regulador de tensión. En la figura 17 tenemos el símbolo adoptado para representar este tipo de componente, que se llama diodo Zener, así como los aspectos de los tipos más comunes.

Figura 17 – Símbolo del diodo Zener y aspectos 

Los diodos Zener pueden cumplir una función muy importante en los circuitos, regulando la tensión de las fuentes de alimentación, y están presentes en muchas aplicaciones en las que se necesita un tensión fijo. Los diodos Zener con tensiones entre 2 y 200 volts se pueden encontrar en aparatos electrónicos comunes.

Diodos Zener por toda parte

En la regulación del tensión de las fuentes de la mayoría de los aparatos electrónicos comunes tales como TV, sonidos estereofónicos, computadoras, intercomunicadores, transmisores, equipo médico, equipo industrial encontramos los diodos Zener. Estos diodos pueden ser de diferentes tamaños como el tensión y la corriente controlada y normalmente trabajando junto con otros componentes igualmente importantes.

En la figura 18 tenemos el modo típico de usar un diodo Zener.

Figura 18 – Circuito de aplicación  de un diodo Zener 

Ver que, en primer lugar, trabaja polarizado en la dirección inversa, es decir, su cátodo va al punto positivo del circuito. El circuito, que debe tener la tensión estabilizada, está conectado en paralelo con el diodo Zener.

El resistor R en este circuito tiene la función importante de limitar la corriente en el diodo Zener, porque si sobrepasa un valor determinado por su capacidad de la disipación, puede quemarse, el valor máximo de la corriente depende de la energía del Zener, y se puede calcular fácilmente en cada aplicación. Así, recordando que la potencia en un circuito es dada por el producto de tensión por la corriente, si disponemos de un