Los diodos son dispositivos que permiten el paso de corriente en una dirección, sin pérdidas significativas, y bloquean dicho paso en la dirección contraria. Ésta característica permite que el diodo, combinado con un condensador tanque, covierta una tensión alterna en continua.
El diodo es un elemento semiconductor de dos terminales, ánodo y cátodo, que como se ha dicho, permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos.
Los semiconductores son elementos minerales, de silicio o de germanio, que dejan pasar la corriente eléctrica ofreciendo un grado moderado de resistencia o estorbo, resultando medio conductores o medio aisladores motivo por el que se les llama semiconductores. Estos minerales poseen propiedades muy especiales las cuales les han valido para poder servir como materia prima con la que se fabrican componentes tales como termistores, varistores, foto resistores, magneto resistores, diversos tipos de diodos, transistores, circuitos integrados, etc.
El que el diodo semiconductor pueda dejar pasar la corriente más fácilmente en un sentido que en el contrario, permite que esta propidad encuentra aplicación en la detección de señales de alta frecuencia, en la rectificación de tensión de red para transformarla en continua y para bloquear el paso de corrientes de sentido indeseado.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.
En la siguiente figura se muestra dos condiciones fundamentales de operación con corriente continua en un diodo. En la figura de la izquierda se muestra al diodo en su estado de conducción directa, es decir, permitiendo el paso de la corriente continua de la fuente terminal (+) del ánodo y el terminal (-) del cátodo, comportandose como un interruptor cerrado. Al paso de la corriente ésta produce una caída de tensión directa, a través del dispositivo de carga RL conectado en serie, en el caso de que se conectase el diodo directamente a la fuente se produciría su destrucción inmediata, ya que debe de estar conectado a un dispositivo de carga. La tensión que cae en los extremos del diodo suelen ser de 0,2 y 0,4 voltios para los diodos de germanio y 0,5 a 0,8 voltios para los diodos de silicio.
En la figura de la derecha se muestra el mismo diodo conectado a una tensión inversa, es decir, negativo de la fuente al terminal ánodo y el positivo al cátodo, a través de la resistencia de carga, en esta situación el diodo no conduce y se comporta como un interruptor abierto, es decir, no pasa ninguna corriente. Dentro del margen de tensión inversa permitido, la corriente inversa o de fuga de diodos de baja señal cae en el rango de los uA en los diodos de germanio, y nA en los de silicio. Cuando se excede el rango permitido, la corriente de fuga resultante puede llegar a valores del mismo orden que los de la corriente directa.
Otra propiedad de los diodos semiconductores es que pueden aprovecharse para estabilizar una tensión continua cuando se les aplica una tensión inversa, la corriente que los atraviesa es despreciable, mientras esta tensión no es excesiva. Cuando se sobrepasa la tensión límite, la corriente aumenta bruscamente y crece con gran rapidez hasta llegar a la destrucción del diodo. Se dice entonces que el diodo ha entrado en la región de avalancha.
En los diodos especiales, diodos zener, la avalancha se produce al llegar la tensión a un valor bien definido, y un aumento considerable de la corriente modifica muy poco la tensión en bornes del diodo. Gracias a ello pueden realizarse circuitos reguladores y estabilizadores de tensión con muy pocos componentes. Esta propiedad de casi todos los elementos semiconductores es aprovechada en el diodo zener, con la ayuda de una resistencia limitadora de corriente RS. Para evitar un excesivo calentamiento y posterior destrucción del diodo, la corriente inversa se distribuye uniformemente en el cristal semiconductor.
En la siguiente figura, la rama A, muestra un diodo zener conectado en directa, es decir, en su dirección de conducción. El comportamiento eléctrico de un diodo zener polarizado de esta forma es prácticamente igual a la de un diodo normal. La polarización inversa, mostrada en la rama B, es la más común para un diodo zener. Cuando la tensión aplicada a través de la resistencia Rs es lo suficientemente alta, se puede medir en el diodo la tensión zener. En polaridad directa, los diodos zener pueden medirse de la misma forma que los diodos normales.
En general el diodo zener opera en un rango eléctrico fiable, mientras la disipación de corriente causada por la corriente inversa no exceda a la disipación de potencia en polarización directa. La tensión inversa a partir de la cual la corriente aumenta bruscamente, es llamada tensión zener Uz. Esta tensión zener Uz puede determinarse conectando el diodo en inversa, tal como se usan normalmente. Ha de tenerse en cuenta, sin embargo, que la corriente inversa máxima puede ser mucho menor que la corriente directa máxima.
En definitiva, un diodo semiconductor está constituido de una diminuta porción de un cristal de germanio, o silicio, que ha sido previamente sometido a un proceso de extrema purificación. Luego se inyecta una cantidad de impurezas muy bien determinadas, que hace variar las propiedades eléctricas del semiconductor, convirtiéndolo en semiconductor de tipo N. Finalmente, se inyecta otra dosis de impurezas de un tipo que produce propiedades eléctricas de tipo contrario a las anteriores, convirtiendo el semiconductor en tipo P. Esta segunda inyección de impurezas no penetra todo el volumen del material, como la primera, sino que su difusión está limitada a una pequeña profundidad muy bien determinada.
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