diodo

Un diodo es un dispositivo semiconductor de dos terminales que conduce la corriente eléctrica fácilmente en una dirección (la dirección de polarización directa) y la bloquea en la otra (la dirección de polarización inversa). El terminal conductor se llama ánodo; el terminal de bloqueo es el cátodo. Internamente, un diodo consiste en un semiconductor de tipo p (con exceso de portadores de carga positiva) unido a un semiconductor de tipo n (con exceso de portadores de carga negativa). Cuando está polarizado directamente, esta unión permite que fluya la corriente; cuando está polarizado inversamente, no lo hace. La caída de voltaje directo típica en un diodo de silicio es de 0.6 a 0.7 voltios a la corriente nominal.

En los sistemas de potencia y los rectificadores industriales, los diodos convierten la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Un solo diodo pasa solo la mitad de una forma de onda de CA; cuatro diodos dispuestos en una configuración de puente pasan ambas mitades, produciendo una salida de CC más suave con menos rizado. Los diodos de potencia grandes pueden apilarse en serie para manejar altos voltajes inversos, o en paralelo para compartir corrientes directas elevadas. Los diodos de silicio dominan porque toleran temperaturas y voltajes más altos que los tipos de germanio más antiguos, y tienen una corriente de fuga más baja en polarización inversa.

Modos de falla reales y límites

Exceder el voltaje inverso máximo (PIV, o voltaje inverso de pico) hace que el diodo entre en ruptura por avalancha. Por debajo de un cierto umbral, esto es recuperable, pero la sobretensión sostenida destruye la unión permanentemente. El exceso de corriente directa genera calor; un diodo clasificado para 10 amperios fallará rápidamente a 50 amperios porque la temperatura de la unión p-n supera su límite térmico, típicamente alrededor de 150 a 200 grados Celsius para tipos industriales. El embalamiento térmico ocurre porque la resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura, atrayendo más corriente y generando más calor. La corriente de fuga inversa también aumenta exponencialmente con la temperatura, degradando la eficiencia en aplicaciones de precisión.

El término diodo proviene del griego di- (dos) y -ode (camino o electrodo), lo que refleja los dos terminales. Los primeros diodos de tubo de vacío funcionaban con emisión termoiónica y se usaban para la rectificación antes de que existieran los dispositivos de estado sólido. El diodo semiconductor se hizo práctico en la década de 1950 y desde entonces se ha convertido en la base de la electrónica de potencia, apareciendo en casi todas las fuentes de alimentación industriales, inversores y variadores de motor. Las variantes especializadas incluyen diodos Schottky (menor caída directa, conmutación más rápida), diodos Zener (diseñados para conducir hacia atrás a un voltaje fijo para la regulación de voltaje) y diodos de recuperación rápida (para aplicaciones de conmutación de alta frecuencia por encima de 1 kHz).

En el trabajo de servicios públicos e industrial, los diodos se seleccionan en función de tres clasificaciones principales: capacidad de corriente directa (típicamente de 1 a varios cientos de amperios), voltaje inverso de pico (50 voltios a varios kilovoltios) y velocidad de conmutación (medida en tiempo de recuperación, desde nanosegundos hasta microsegundos). Una pila rectificadora en una gran fuente de alimentación industrial puede contener docenas de diodos de alta corriente, cada uno disipando decenas de vatios y requiriendo disipación de calor. La falla de incluso un diodo en una cadena en serie puede degradar la salida o causar fallas molestas; los sistemas de calidad inspeccionan los bloques de diodos en busca de fugas antes de su implementación.