El diodo rectificador

Concepto: Un circuito rectificador ideal convierte una tensión alterna (generalmente sinusoidal) en una tensión continua. En la práctica, los rectificadores no son circuitos ideales, por lo que la tensión continua de salida suele presentar pequeñas variaciones y no ser perfectamente continua. Los circuitos rectificadores más utilizados son circuitos con diodos,

Materiales:

Aislante, conductor y semiconductor: Los conductores son los materiales que permiten el paso de la corriente eléctrica, los aislantes impiden el paso de la electricidad y los semiconductores son los que se pueden comportar como conductores o como aislantes. Materiales que permiten el movimiento de cargas eléctricas.

Tipos:

Son utilizados en fuentes reguladas o de conmutación, también en luces LED, tiras LED, etc. y su funcionamiento es relativamente simple.

• Diodo detector o de baja señal
• Diodo rectificador
• Diodos de potencia
• Diodo Zener
• Diodo varactor (varicap)
• Diodo emisor de luz LED
• Diodo emisor de luz led infrarrojo
• Diodo emisor de luz LÁSER
• Diodo estabilizador
• Diodo túnel Esaki
• Diodo PIN
• Diodo BACKWARD
• Diodo de barrera SCHOTTKY
• Rectificador de media onda:
• Rectificador de onda completa con puente de diodos.

Polarización:
Debido a que un diodo rectificador presenta comportamiento rectificante, si el ánodo se polariza con voltaje positivo (mayor al voltaje de umbral) con respecto al cátodo, el diodo conduce corriente apreciable, comportándose como una pequeña resistencia (a esto se conoce como polarización directa) 

Símbolo:

Directa:

En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:

• El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.
• El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.
• Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.
• Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.

INVERSA:

Polarización inversa de un diodo:

Polarización inversa del diodo pn.

En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

• El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.
• El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.
• Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.

En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad.

Rectificador de media onda :

Cuando el diodo conduce, el condensador almacena carga eléctrica. Cuando el diodo se corta (interruptor abierto), el condensador se descarga poco a poco a través de la resistencia R. Si la capacidad del condensador C, la resistencia R o ambos son de valor elevado, la tensión de salida apenas disminuye en el tiempo. Por ello, para reducir el rizado de la tensión de salida, en la práctica se utilizan valores elevados de C.

Rectificador de onda completa con puente: El circuito rectificador de media onda es el más sencillo, pero no se aprovecha el semiciclo negativo de la tensión alterna sinusoidal. Para transformar a tensión continua ambos ciclos de la tensión alterna sinusoidal de entrada, se utilizan circuitos rectificadores de onda completa.  Uno de los circuitos más utilizados consta de cuatro diodos y se conoce como PUENTE de diodos.

Curva característica del diodo:

• Tensión umbral, de codo o de partida (V_γ ).
  La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1 % de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.
• Corriente máxima (I_max ).
  Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.
• Corriente inversa de saturación (I_s ).
  Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10 °C en la temperatura.
• Corriente superficial de fugas.
  Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.
• Tensión de ruptura (V_r ).
  Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Rectificador onda completa con toma central:

Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. Durante el semiciclo positivo de la tensión en corriente alterna (ver Vin color rojo) el diodo D1 conduce. 

Diodo zener: Un diodo Zener es un diodo fabricado especialmente para obtener una tensión de ruptura en inversa más reducida que la de los diodos convencionales (del orden de muy pocos voltios) y muy estable, denominada tensión Zener, VZ. La curva característica del diodo Zener es la siguiente:  Los símbolos circuitales del diodo Zen

Símbolo: