El diodo es un componente electrónico con dos extremos de conexión (o “terminales”) que permite el paso libre de la corriente eléctrica solamente en un sentido, bloqueándolo si la corriente fluye en el sentido contrario.
Este hecho hace que el diodo tenga dos formas de conexión posibles: a favor de la corriente (llamada “polarización directa”) o en contra (“polarización inversa”).
Por tanto, a la hora de utilizarlo en nuestros circuitos, debemos de tener en cuenta que la conexión de sus dos terminales se realice en el sentido deseado. Normalmente, los fabricantes nos indicarán cuál es el terminal que ha de conectarse al polo negativo (suponiendo polarización directa) mediante una marca visible cerca de este pintada en el cuerpo del diodo. En la imagen mostrada, esta marca es la gruesa franja blanca o plateada a la derecha del cuerpo del diodo, por lo que el “terminal negativo” será, en este caso, el de la derecha. Técnicamente (siempre suponiendo polarización directa) a ese “terminal negativo” se le llama “cátodo”, y al “terminal positivo” se le llama “ánodo”.
Los diodos se identifican por lo general mediante una referencia o nomenclatura. Para esto hay tres sistemas, el Americano, el Europeo y el Japonés
Americano: Lleva el prefijo 1N seguido de un número de serie, 1 significa una unión, la N que es semiconductor y el número las características propias del dispositivo. Ej. 1N4001
Europeo: Lleva un prefijo de dos letra y un número. La primera letra indica el material, la segunda el tipo y el número las características propias del dispositivo. Ej. BY254
Japonés: Lleva el 1S seguido de un número de serie, 1 significa diodo, La S el material y el número las características propias del dispositivo. Ej 1S922
Finalmente, debemos tener en cuenta al menos tres aspectos más a la hora de usar diodos y LEDs en nuestros proyectos:
1.- Corriente máxima (IF)
Es el valor máximo de corriente que puede conducir en polarización directa sin destruirse
2.- Voltaje de conducción directa (VF)
Es el voltaje al partir del cual el diodo comienza a conducir
3.- Voltaje de ruptura (VBR)
Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar sin destruirse y suele ser de 100V o superior
4.- Corriente inversa de fuga (IR)
Es la corriente máxima que el diodo puede soporta sin destruirse y suele se muy pequeño del orden de microAmperios o nanoAmperios
5.- Tiempo de recuperación inverso (TRR)
Es el tiempo que tarda la unión PN en desalojar a la carga acumulada mientras ha estado en polarización inversa
Estas características se deben tener en cuenta a la hora de elegir el modelo más adecuado para una tarea específica
Tipos de Diodos
Todos los tipos que a continuación se relaciona, están disponibles por inserción y por SMD
Este tipo de diodo se ha diseñado para convertir al corriente alterna AC en corriente continua DC. Este proceso se llama rectificación. Dependiendo de la potencia que maneje estos se divide en:
Diodo Rectificador de Señal
Estos trabajan con intensidades inferiores a 1A
Diodo Rectificador de Potencia
Estos trabajan con intensidades superiores a 1A
El encapsulado depende de la potencia que deben disipar, los de baja potencia tiene encapsulado de plástico, los de alta potencia, superior a 5W tiene que ser metálico y ofrece la posibilidad de conectarlos a un disipador de calor.
Los diodos rectificadores se especifican por la corriente máxima que pueden soportar en polarización directa y por el voltaje máximo que pueden soportar en polarización inversa. Los más conocidos son la serie 1N4001, 1N4002 hasta el 1N4007
Diodos de conmutación o de suicheo
Son los que trabaja a frecuencias mayores que lo diodos normales los más conocidos son 1N4148 y el 1N914
Puentes rectificadores
Traen 4 diodos conectados para la rectificación de onda completa, en un solo encapsulado.
Diodo Zenner
Están especialmente diseñados para trabaja en la zona de ruptura comportándose en polarización directa como diodos rectificadores, y en polarización inversa como referencia de voltaje. Su principal aplicación es como regulador de tensión.
En un diodo zenner polarizado inversamente, la corriente inversa es prácticamente insignificantes, hasta que el voltaje inverso llamado "Voltaje Zenner" alcanzan cierto valor. Cuando se llega a este punto el diodo entre en conducción , permitiendo la circulación de una corriente importante. A partir de entonces, la tensión entre sus terminales permanece prácticamente constante e igual a la tensión zenner Vz para una amplia gama de valores de intensidad inversa.
Esta es la propiedad que permite utilizar los diodos zenner como reguladores de voltaje y/o referencia de tensión en un gran número de uso.
Los diodos zenner se identifican por una referencia y el voltaje zenner nominal y la potencia máxima que puede absorber sin destruirse. Actualmente se consiguen valores estandar de zenner que va desde los 2V a los 200V y valores máximos de potencia zenner de 0.25W, 0.5W, 1W, 5W, 10W y 50W. Los valores de tensión zener disponibles son los mismo que la tabla E24 de la resistencias. Los más próximos a 5 voltios son 4,7 y 5,1.
Diodo Led
Un “Light Emitting Diode” (LED) es un diodo que tiene una característica que emite luz cuando la corriente eléctrica lo atraviesa, y lo hace de forma proporcional: a más intensidad de corriente que lo atraviesa, más luz emite.
Como son un tipo concreto de diodo, también pueden ser conectados en polarización directa o inversa, teniendo en cuenta que solo se iluminarán si están conectados en polarización directa.
Como a un LED no se le puede pintar una marca encima, la manera de distinguir el ánodo (“terminal positivo” en polarización directa) del cátodo (el “terminal negativo” en polarización directa) es observando su longitud: el ánodo es de una longitud más larga que el cátodo.Es igualmente muy recomendable conectar una resistencia en serie a un LED para limitar la intensidad de corriente que lo atraviesa y así mantenerla por debajo del valor máximo más allá del cual el LED puede dañarse.
Para calcular qué resistencia debemos colocar, hemos de saber que normalmente la intensidad que suele venir bien para el funcionamiento óptimo de un LED es de unos 15 mA, y que la tensión VDIO apropiada varía según el color del LED:
De 3 V a 3,6 V para el Ultravioleta (UV), el Azul y el Blanco
De 2,5 V a 3 V para el Verde
De 1,9 V a 2.4 V apara el Rojo, Naranja, Ambar y Amarillo
De 1 V a 1,5 V para el Infrarojo
A partir de aquí, el cálculo es sencillo.
Para mayor seguridad es recomendable consultar siempre las especificaciones que proporciona el fabricante (el “datasheet” del componente) para conocer toda la información necesaria sobre intensidades y tensiones máximas.
Además de por sus diferentes colores (consecuencia del material de fabricación usado, diferente para cada tipo de LED), podemos clasificar estos componentes según si emiten la luz de forma difusa o clara (alto brillo). Los primeros,se suelen utilizar para indicar presencia, ya que emiten una luz suave y uniforme que no deslumbra y que puede verse bien desde cualquier ángulo. Los segundos, sirven para irradiar en una dirección muy concreta con luz directa y potente, por lo que no se ven bien en todos los ángulos pero iluminan mucho más que los otros. En cualquier caso, sea un LED de tipo difuso o de alto brillo, para saber en términos cuantitativos lo “brillante” que es su luz, será necesario conocer la cantidad de milicandelas (mcd) que ese LED concreto es capaz de emitir; este dato lo debe ofrecer el fabricante en el datasheet.
Finalmente, debemos tener en cuenta al menos tres aspectos más a la hora de usar diodos y LEDs en nuestros proyectos:
1.- La corriente máxima que puede atravesar el diodo en polarización directa sin que este se funda debido al calor generado por la potencia disipada;
2,- El voltaje de ruptura (cuando están polarización inversamente, no dejan pasar corriente mientras le aplique un voltaje menor del “voltaje de ruptura”;
3 .-La caída de tensión en polarización directa (Los diodos poseen una resistencia interna que provoca una diferencia de potencial entre sus patillas).
El símbolo que se suele utilizar en el diseño de circuitos electrónicos para representar un diodo LED es el siguiente:
Vemos que se trata de un triángulo, donde uno de sus vértices está en contacto con una línea vertical. Esto hace parecer al triángulo una punta de flecha, que indica cual es el sentido directo de la corriente, La forma del triángulo nos recuerda a la letra A mayúscula, y eso nos sirve para recordar que esta es la patilla del ánodo. La barra vertical simboliza el bloque de la corriente si se conecta de forma inversa, además esta barra con la punta del triángulo se forma una especie de K invertida, que nos recuerda que esa patilla es el "Katodo". La dos flecha hacia arriba representa la luz que irradia el diodo LED, y nos indica que se trata de un diodo LED. Sin estas flechas, sería el símbolo de un diodo rectificador.
Los diodos LED se fabrícan con diferentes colores, tamaños y formas.
Diodo Infrarrojo
Estos diodo emiten una luz invisible para el ojo humano. Son utilizados como dispositivos de control remoto, alarmas, Barreras infrarroja, etc. Su tensión de trabajo va desde 1V a 1,5V
Estos diodos emiten luz ultravioleta, con lo cual hay que tener precaución con los ojos. Se utiliza para insoladoras entre otros
Diodo RGB
A veces es interesante disponer de una luz piloto que cambie de
color según las condiciones. Por ejemplo, el verde
como OK, el rojo indica problemas…
Poner varios diodos complica el diseño, así que estaría bien disponer de un diodo al que podamos indicar en que color queremos que se ilumine. Esto es un LED RGB.
Para quien este acostumbrado al diseño por ordenador sabe que podemos generar cualquier color en la pantalla con la mezcla, en diferentes intensidades de tres colores básicos:
Red : Rojo
Green: Verde
Blue: Azul
Es decir RGB, es un acrónimo de Red Green Blue.
Quien haya dibujado o pintado con lápices, ceras, acuarelas, oleos, etc. La mezcla de colores que se ve encima de estas líneas, puede resultarle extraña. Esto es porque cuando pintamos sobre un papel blanco con pigmentos, la mezcla es substractiva, es decir, si mezclamos todos los colores obtenemos negro o por lo menos algo oscuro. Mientras que cuando pintamos con luz directamente, la mezcla es aditiva, es decir, si mezclamos todos los colores, obtenemos el blanco
Internamente tiene tres diodos leds, uno rojo, uno verde y uno azul, así que el común va directo a la fuente, y luego a cada patilla va conectada una resistencia limitadora, que suele ser de 1K, total 3 resistencias.
En función a la tensión en cada un de las patillas con el común, obtendremos un color u otro dependiendo de la mezcla de intensidades de cada diodo. Todos a la vez al máximo dará blanco.
Display
Los diodos led se pueden agrupar para formar indicadores numérico para instrumentos de medida o en proyecto como termómetro, contadores, etc
Los más conocidos son los llamado display de 7 elementos, son 7 led organizados en forma tal que pueden mostrar todos los números dígitos del 0 al 9.
Los displays viene en cátodo común y en ánodo común, y en diferentes tamaños y colores
Matriz de Leds
Son diodos LED totalmente normales, organizados en forma de matriz, que tendremos que multiplexar para poder iluminar uno u otro puntoEste componente se presenta con dos filas de 8 pines cada una, que se conectan a las filas y las columnas.
Si los diodos se unen por el positivo, se dice que son matrices de Ánodo común y se se une por el negativo decimos que son de Cátodo común. Dependiendo del fabricante podéis encontrar de ambos tipos.
También conocido como laser de inyeccioón o ILD, son diodos LEDs que emiten una luz monocromática fuertemente concentrada, enfocada, coherente y potente. Son muy utilizados en computadoras y sistemas de audio y vídeo como lector de discos compactos, CD-ROM, para enviar datos por fibra óptica, marcadores luminosos, lectores de códigos de barra y otras aplicaciones
Diodo Detectores
También llamados de seña o de contacto puntual, están hechos de germanio y se caracterizan por tener una unión PN muy diminuta. Esto les permite trabajar en muy alta frecuencia y con señales pequeñas. Se utiliza en receptores para separar la portadora de la información audible, a esto se le llama detección
Diodo Schottky
También denominado de recuperación rápida o de portadores caliente, están hecho con silicio y se caracterizan por tener una caída de tensióndirecta muy pequeña, el orden de 0.25V o menos y ser muy rápidos. Se utilizan para conmutación en fuentes, en sistemas digitales, y en equipos de alta frecuencias
Diodo Backward o Back
También llamado de retroceso los cuales tienen un voltaje de conducción prácticamente a cero, pero también un voltaje de ruptura muy bajo, esto último limita su uso a tareas muy especiales
Diodo Varicap
También llamado Varactores o diodos de sintonia. Estos trabajan polarizados inversamente y actúa como condensadores variable controlados por voltaje. Esta característica lo hace útil como elementos de sintonia en radio y televisión, en osciladores, multiplicadores, amplificadores, generadores de FM y otros.
Diodo SNAP
Es una variate del diodo varicap, Estos trabajan polarizados inversamente y actúa como condensadores variable controlados por voltaje, pero además son utilizado en UHF (Ultra High Frecuency) Ultra Alta Frecuencia, y Microondas
Diodo Tunnel
También llamado diodo Esaki, se caracteriza por tener una zona de agotamiento extremadamente delgada y tener en su curva de V-I una región de resistencia negativa, donde la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje. Esta última propiedad los hace útiles como detectores, amplificadores, osciladores, multiplicadores, interruptores, etc y todo ello en alta frecuencia.
Diodo PIN
Son diodos desarrollados para trabajar en frecuencias muy elevadas, donde la capacidad de respuesta de los diodos comunes, está limitada por su tiempo de tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión PN. Estos se utilizan principalmente como resistencias variables por voltaje.
Diodo GUNN
Son diodos desarrollados para trabajar en frecuencias muy elevadas, donde la capacidad de respuesta de los diodos comunes, está limitada por su tiempo de tránsito, es decir el tiempo que tardan los portadores de carga en atravesar la unión PN. Estos se utilizan principalmente como osciladores.
FotoDiodo
Son diodos provisto de una ventana transparente, cuya corriente inversa puede ser controlada regulando al cantidad de luz que pasa por la ventana e incide sobre la unión PN. A mayor cantidad de luz, mayor es la corriente inversa que se produce y viceversa. Son utilizados como sensores de luz en fotografía, sistemas de iluminación, contadores de objetos, sistemas de seguridad, receptores de comunicaciones ópticas y otras aplicaciones.
También existen los diodo IMPATT, TRAPATT, BARITT, ILSA, etc que son para uso muy especializados
Comprobación de un diodo
Utilizamos el óhmetro en su escala más baja, conectamos las puntas de óhmetro o polímetro el polarización directa, es decir el negativo o punta negra al cátodo y el positivo o punta roja al ánodo, y el resultado debe de ser un valor de resistencia.
Luego intercambiamos las puntas y conectamos en polarización inversa, es decir punta negra al ánodo y punta roja al cátodo y el resultado debe ser una infinito o 0.L
Si en ambos caso el diodo da como resultado poca o ninguna resistencia, el diodo está malo, está en cortocircuito. Y si en ambos caso da mucha resistencia o 0.L entonces el diodo esta abierto, y por tanto está malo.
NOTA.- Los polímetros digitales, las puntas de prueba se conectan al contrario. No obstante estos suelen traer un opción para diodos.
El diodo zener, además de la prueba de continuidad, habría que montar un sencillos circuito en el protoboard, alimentarlo con una fuente de alimentación variable de corriente continua, e ir aumentando lentamente el voltaje a la vez que se mide constantemente dicho voltaje y verificar hasta que llegue al valor esperado de regulación y seguir y comprobar que este no varía, lo cual indicaría que esta bueno.
Este procedimiento también serviría para averiguar el valor del zener.
Hay que tener cuidado con el valor de la resistencia Rz en cuanto a ohmios y vatios la cual puede ir cambiando de acuerdo a los valores utilizados.
Para comprobar un diodo led hay que conectarlo a un circuito en protoboard con una resistencia limitadora en serie, para que no supere el voltaje de conducción. Los displays también hay que conectarlos a un circuito con las resistencia en serie para comprobar cada uno de los leds que lo componen.
El diodo se puede utilizar para muchos fines: un uso común es el de rectificador (para convertir una corriente alterna en continua), como un elemento suplementario conectado a algún otro componente para evitar que este se dañe si la alimentación eléctrica se conecta por error con la polaridad al revés, como regulador de tensión en el caso del Zener, como detector en los circuito detectores de los receptores de AM y FM, etc.
Es costumbre conectar un divisor de tensión (es decir, una resistencia en serie) a uno de los terminales del diodo (es indiferente si es el ánodo o el cátodo)
para evitar que sea este precisamente el que se funda al recibir más tensión de la que pueda soportar. Para calcular el valor de esta resistencia, debemos tener en cuenta la intensidad que debe pasar por el diodo (I), la tensión que existiría entre sus terminales si no pusiéramos ninguna resistencia (V) y la tensión entre sus terminales que queremos conseguir para evitar daños (VDIO); una vez conocido estos valores podemos calcular la resistencia adecuada usando la Ley de Ohm, así: R = (V - VDIO) / I. Por otro lado, la potencia disipada por esa resistencia podríamos calcularla mediante la fórmula P = (V-VDIO )· I.