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Componente electrónico que consta de dos electrodos y que permite el paso de la corriente eléctrica solo en determinadas condiciones de polaridad bien definidas.
Fue el inglés John Ambrose Fleming quien inventó el diodo en 1904, basado en el trabajo de Thomas Edison y Joseph J. Thompson. Antes del uso de semiconductores, los diodos tenían forma de tubos de electrones. Luego, el principio del diodo se mejora a lo largo de la primera mitad del xxmi siglo, donde vemos la aparición de diferentes tipos de diodos con diversas aplicaciones: función de interruptor, rectificación de una corriente alterna en corriente continua, oscilador en telecomunicaciones, etc. Hasta la invención del transistor en 1947, el diodo era el elemento clave de la electrónica con aplicaciones industriales, militares y científicas: radio, televisión, radar, osciloscopio, computadora, etc.
En la segunda mitad del xxmi siglo, están apareciendo nuevos tipos de diodos, en particular diodos electroluminiscentes (LED en francés, o LED en inglés para diodo emisor de luz).
1. Diodo de unión
Un diodo de unión está hecho de cuerpos semiconductores (silicio, germanio, arseniuro de galio). Por ejemplo, partimos de una oblea semiconductora de tipo P (es decir en la que faltan electrones libres) y formamos una zona N (caracterizada por un exceso de electrones libres) introduciendo impurezas (antimonio, fósforo) en un punto específico del plato (dopaje semiconductor). La región de contacto entre el semiconductor P y el semiconductor N se denomina «unión PN». Debido a la distribución muy diferente de los electrones libres en las dos zonas, esta unión tiene la propiedad notable de permitir que la corriente fluya solo desde la zona P a la zona N (dirección de avance o dirección de paso).
Los electrodos se colocan en estas áreas para que el diodo pueda insertarse fácilmente en un circuito eléctrico. El que está en contacto con la zona P es el ánodo, el otro es el cátodo. Desde un punto de vista eléctrico, para caracterizar adecuadamente un diodo de unión, dibujamos la curva que da la intensidad I de la corriente en el diodo en función de la tensión U aplicado entre sus límites; esta curva es la característica del diodo. Prácticamente, en la dirección de avance, la corriente es insignificante siempre que el voltaje U no exceda un umbral U0 (Aproximadamente 0,7 V para silicio). Más allá de este umbral, I aumenta muy rápidamente mientras que la tensión U aumenta sólo muy ligeramente. En la dirección opuesta, la corriente se puede considerar cero sea cual sea el voltaje siempre que no sea demasiado grande (más allá de un límite, la unión se destruye: hay desglose). La intensidad de la corriente inversa aumenta rápidamente si aumenta la temperatura de la unión; Para evitar este inconveniente, a menudo se colocan diodos en los dispositivos de refrigeración (radiadores con aletas, por ejemplo).
La conducción unidireccional de los diodos permite utilizarlos para la rectificación de una corriente alterna, para la detección en radioelectricidad, para la clasificación de los pulsos según su polaridad, etc.
2. Tubo de diodo de vacío
Un tubo de diodo está formado por dos electrodos colocados en un tubo de vidrio donde se ha creado un vacío: el cátodo emite electrones cuando se calienta (efecto termoelectrónico) y el ánodo los captura. El cátodo puede ser un filamento de tungsteno o tungsteno toriado (es decir, hecho de tungsteno con óxido de torio) por el que pasa la corriente que se utiliza para calentar este electrodo (el llamado cátodo de calentamiento directo). La mayoría de las veces, el cátodo es un tubo de metal (en níquel) cubierto con óxidos de calcio, bario o estroncio (el llamado cátodo de calentamiento indirecto) que fácilmente emite electrones sin que sea necesario alcanzar temperaturas de calentamiento tan altas como para el tungsteno (800 ° C). C contra 2000 ° C). Dentro del tubo que constituye el cátodo hay un filamento de calentamiento de tungsteno. El ánodo es una placa de metal ennegrecido (níquel o hierro aluminizado; la naturaleza del metal no influye en el funcionamiento).
Cuando el cátodo está frío, no se emiten electrones y el tubo no puede ser atravesado por una corriente. Cuando se calienta el cátodo, hay emisión de electrones, pero el tubo no necesariamente permite el paso de una corriente. De hecho, hay un paso de corriente solo si los electrones pasan del cátodo al ánodo. Dado que el electrón tiene una carga negativa, el ánodo debe hacerse positivo con respecto al cátodo; la corriente, cuya dirección convencional es la inversa de la dirección de circulación de los electrones, pasa por tanto del ánodo al cátodo.
En cuanto a un diodo de unión, trazamos una característica que da la intensidad de la corriente. IPARA dependiendo de la tensión ánodo-cátodo UPARA. Esta curva permite resaltar los resultados anteriores: el diodo solo es conductor si el ánodo es positivo con respecto al cátodo (dirección directa o de paso). De lo contrario (dirección inversa), la corriente es cero.
La corriente de saturación de un diodo es la que se obtiene cuando todos los electrones emitidos por el cátodo son capturados por el ánodo. Este caso operativo se encuentra a veces (cátodo calentado indirectamente ligeramente calentado y cátodo calentado directamente) cuando el voltaje ánodo-cátodo UPARA es lo suficientemente grande.
3. Diodo Zener
Un diodo Zener es un diodo con una unión particular: el dopaje apropiado le confiere propiedades específicas. En vivo, un diodo Zener se comporta absolutamente como un diodo de unión. A la inversa, son posibles dos modos de funcionamiento: siempre que el voltaje en los terminales del diodo esté por debajo de un umbral Vz, no puede fluir corriente a través del diodo; cuando el voltaje es igual a Vz, el diodo es conductor.
4. Diodo emisor de luz (LED o LED)
Un diodo emisor de luz (LED en francés o LED en inglés para diodo emisor de luz) es un diodo que emite radiación de luz cuando es atravesado por una corriente en la dirección de avance.
4.1. Principio de funcionamiento
El elemento principal de un LED es un chip semiconductor (→ circuito integrado). Dicho chip consta de una pila de capas: la primera, depositada sobre un soporte, contiene un exceso de electrones; se dice que es tipo no (por negativo). Otra capa, llamada tipo pag (para positivo), ubicado en la parte superior del chip, tiene por el contrario un déficit de electrones (o un exceso de partículas cargadas positivamente, llamadas «huecos»). Entre estas dos capas no y pag es la llamada capa activa desde la que se emite la luz. Una diferencia de potencial aplicada al chip semiconductor empuja los «agujeros» («cargas positivas») de la capa de tipo hacia la capa activa. pagy electrones de la capa no.
La emisión de luz resulta de la captura, en la capa activa, de electrones por los huecos (iones positivos). De hecho, un átomo no pasa al estado de iones a menos que reciba una energía W suficiente; Por tanto, la transformación inversa va acompañada de la emisión de la misma cantidad de energía. W. La cantidad de fotones liberados y su longitud de onda, es decir su «color» (→ espectro), depende de la composición química de las diferentes capas. Esta emisión se produce en forma calorífica en el caso del silicio y germanio, en forma de radiación de luz roja en el caso del arseniuro de galio. Para obtener la máxima cantidad de luz, la unión se realiza en la superficie.
4.2. Historia y aplicaciones
La primera patente de un diodo emisor de luz fue presentada en 1927 por un técnico de radio soviético, Oleg Vladimirovich Losev. En la década de 1960, se descubrieron diodos emisores de luz que a su vez emitían en rojo y verde, luego en amarillo y naranja. Estos diodos se utilizaron luego principalmente para fabricar dispositivos de visualización (por ejemplo, para calculadoras) y luces indicadoras (indicadores de espera o de funcionamiento de dispositivos eléctricos, señalización, etc.) debido a su voltaje, fuente de alimentación adecuada para la electrónica y su larga vida útil.
La aparición, en 1992, del diodo blanco, gracias al trabajo del investigador japonés Shuji Nakamura, abrió un nuevo campo de aplicación para los diodos emisores de luz: el de la iluminación. Estas fuentes de luz, coloreadas o no, ahora son omnipresentes en juguetes, artículos promocionales, luces de colores, faros de automóviles, etc. También se está extendiendo su uso como fuentes de iluminación móviles (luces de lectura, linternas) y se depositan grandes esperanzas en su uso futuro tanto para el alumbrado público como para el alumbrado doméstico debido a su bajo consumo, su larguísima vida útil (hasta 50.000 h en la mayoría de los casos). eficiente, es decir, más de 13 años sobre la base de un servicio de 10 h por día) y la ausencia de emisiones nocivas para el medio ambiente que lo caracteriza. Sin embargo, su elevado coste, su elevadísima emisión de calor y el uso de materiales raros (indio, galio) y tóxicos (arsénico) en su fabricación, constituyen sus principales desventajas.
