¿Qué es un Rectificador de Diodo?
Los rectificadores de diodo son elementos semiconductores utilizados en circuitos de alimentación eléctrica para rectificar la corriente alterna de fuentes de alimentación comerciales y obtener una corriente pulsante.
A diferencia de los diodos convencionales de pequeña señal, los rectificadores de diodo se caracterizan por su mayor tamaño, capacidad de corriente, tensión de resistencia y construcción robusta. Los tubos bipolares, también conocidos como diodos de vacío, solían utilizarse como rectificadores, pero en la actualidad su uso se limita a aplicaciones especiales, por lo que este artículo se enfoca en los rectificadores semiconductores.
Usos de los Rectificadores de Diodo
Los rectificadores de diodo se utilizan siempre en circuitos rectificadores de fuentes de alimentación que producen corriente continua a partir de fuentes comerciales. Los diodos de primera recuperación con tiempos cortos de recuperación inversa y los diodos de barrera schottky con bajas pérdidas se utilizan en circuitos que rectifican corriente alterna de alta frecuencia, como los reguladores de conmutación, que también se consideran un tipo de diodo rectificador.
Principio de los Rectificadores de Diodo
En un diodo rectificador, el lado terminal de tipo P se denomina ánodo y el lado terminal de tipo N, cátodo; cerca de la unión PN, los electrones de tipo N y los huecos de tipo P se anulan mutuamente, creando una capa de agotamiento. Cuando se aplica una tensión directa entre el ánodo y el cátodo, se inyectan huecos en la zona de tipo P y electrones en la zona de tipo N, estrechando así la capa de agotamiento y permitiendo que la corriente fluya de tipo P a tipo N. Cuando se aplica una tensión inversa, los electrones de tipo P y los electrones de tipo N se anulan, creando una capa de agotamiento.
Cuando se aplica una tensión inversa, se inyectan electrones en la parte de tipo P y huecos en la parte de tipo N, lo que hace que la capa de agotamiento se expanda y no fluya corriente. Esto demuestra que en un diodo, la corriente sólo puede fluir en la dirección de tipo P a tipo N. De lo anterior se deduce que, cuando se aplica una tensión alterna del ánodo al cátodo de un diodo, la corriente fluye sólo en el sentido de avance y no en el de retroceso. Este es el principio de la rectificación.
Tenga en cuenta que un diodo rectificador por sí mismo produce una rectificación de media onda, lo que significa que la corriente sólo circula durante medio ciclo de corriente alterna. Por otro lado, una conexión en puente utilizando cuatro diodos da como resultado una rectificación de onda completa, que tiene la ventaja de que se puede obtener una corriente mayor y se reduce el rizado, por lo que se suelen utilizar diodos conectados en puente.
Tipos de Rectificadores de Diodo
Existen tres tipos principales de rectificadores de diodo:
1. Diodos de Silicio
Son los diodos de unión PN más comunes y ampliamente utilizados. Cuando se habla de rectificadores de diodo, generalmente se refiere a los diodos de silicio. Antiguamente se empleaban diodos de germanio, pero en la actualidad su uso es raro debido a su baja resistencia al calor y su limitada capacidad para transportar corrientes elevadas.
2. Primer Diodo de Recuperación
Se crea una trampa de portadores en la región semiconductora de tipo N de un diodo de unión PN mediante difusión de metales pesados o irradiación de haces de electrones. Esta trampa permite capturar los portadores durante la conmutación, lo que mejora el tiempo de recuperación inversa hasta alcanzar valores de 1/100 a 1/1.000 en comparación con un diodo convencional. Sin embargo, esta mejora viene acompañada de un incremento en la tensión directa del diodo.
Los diodos con tiempos de recuperación inversa cortos son ventajosos en fuentes de alimentación conmutadas donde se requiere un funcionamiento a alta velocidad, por lo que se utilizan diodos de recuperación rápida.
3. Diodos de Barrera Schottky
Utilizan el “efecto schottky” causado por la unión de un metal y un semiconductor. El efecto schottky crea una barrera que impide el flujo de corriente a menos que se aplique una tensión determinada, y esto se utiliza para lograr la rectificación. La tensión directa se reduce, por lo que las pérdidas debidas al diodo son menores, pero la desventaja es la baja tensión soportada.
Más Información sobre Rectificadores de Diodo
¿Cómo utilizar los Rectificadores de Diodo?
Para convertir la corriente comercial en corriente continua, existen dos procedimientos, cada uno de los cuales tiene su propio diodo rectificador. Se puede conectar directamente un diodo rectificador a la línea de alimentación comercial para extraer una corriente de impulsos con un valor de pico de unos 140 V (en Japón). Luego, esta corriente se convierte en corriente continua a través de un circuito de suavizado y, posteriormente, se ajusta a la tensión deseada mediante un regulador de conmutación u otro dispositivo similar.
En este método, la fuente de alimentación de todo el dispositivo se concentra en un conjunto de diodos rectificadores, por lo que generalmente se utilizan diodos de gran corriente/alta tensión.
Por otro lado, en el método en el que la tensión se convierte desde la fuente de alimentación comercial hasta cerca de la tensión deseada mediante un transformador. Luego, los rectificadores de diodo se conectan a la salida del transformador para convertir la corriente en corriente continua. En este caso, el rendimiento en cuanto a la tensión soportada es menor y la corriente se vuelve más elevada debido a que se maneja una tensión más baja.
Los dispositivos con baja tensión directa, como los diodos de barrera Schottky, son ventajosos, sobre todo porque las pérdidas debidas a la tensión directa del diodo afectan a la eficiencia energética.