En este artículo, discutiremos la caída de voltaje del diodo, por qué se produce y cómo podemos calcularla. Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite el flujo de corriente en una dirección y restringe el flujo de corriente en otro lado.
La caída de voltaje del diodo se refiere básicamente a la caída de voltaje de polarización directa. Ocurre en un diodo presente en un circuito eléctrico cuando la corriente lo atraviesa. Esta caída de voltaje de polarización directa es el resultado de la acción de la región de empobrecimiento formada por la unión PN bajo el efecto de un voltaje aplicado.
¿Qué es la caída de voltaje del diodo?
La caída de voltaje del diodo es el resultado del flujo de corriente del ánodo al cátodo. Cuando el diodo conduce con polarización directa, la caída de potencial a través de él se conoce como caída de voltaje del diodo o caída de voltaje directo.
Idealmente, no debería haber ninguna caída de voltaje en el diodo cuando transporta corriente y funciona para generar voltaje de salida de CC. En la vida real, se produce una pequeña caída de voltaje debido a la resistencia directa y al voltaje de ruptura directo. Para el silicio, la caída de voltaje del diodo es de alrededor de 0.7 voltios.
¿Cuánto voltaje cae un diodo?
Cualquier diodo deja caer una cantidad particular de voltaje a través de sus terminales. Una caída de voltaje del diodo de 0.7 V significa que el voltaje a través de la resistencia o la carga presente en el circuito es (voltaje de suministro: 0.7) voltios.
La caída de voltaje a través de diferentes diodos es diferente. Por lo general, oscila entre 0.6 y 0.7 voltios para un diodo de silicio pequeño. Para los diodos schottky, el valor de la caída de tensión es de 0.2 voltios. Para diodos emisores de luz o LED, la caída de voltaje oscila entre 1.4 y 4 voltios. Los diodos de germanio tienen una caída de tensión de 0.25-0.3 voltios.
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¿Por qué un diodo tiene una caída de voltaje?
El diodo, en polarización directa, selecciona un nivel de voltaje adecuado para que pueda empujar las cargas electrónicas hacia la unión PN. Se puede decir de forma análoga a "levantar" cada bola desde el suelo hasta la parte superior de la mesa.
La diferencia en el nivel de energía requerido para mover las cargas electrónicas a través de la unión PN provoca la caída de tensión Además, existe cierta resistencia en el diodo responsable de una cierta cantidad de caída de voltaje. La caída de tensión debida a la resistencia depende del caudal de corriente permitido en la unión PN.
¿Cómo calcular la caída de voltaje del diodo?
Las caídas de voltaje de diferentes diodos son diferentes. Para un diodo de silicio es de aproximadamente 0.7 voltios, para un diodo de germanio es de 0.3 voltios y para diodo schottky es alrededor de 0.2 voltios. Los LED tienen varios valores de caída de voltaje.
Ahora, si queremos calcular la caída de voltaje en cualquier otro elemento del circuito, debemos restar la caída de voltaje de los diodos presentes entre ese elemento y la fuente del voltaje de la fuente. Entonces, la caída de voltaje de ese elemento es (voltaje de fuente, suma de las caídas de voltaje del diodo).
¿Cómo bajar el voltaje usando un diodo?
Los diodos Zener son buenos para dejar caer el voltaje. Sin embargo, un método trivial para bajar el voltaje usando diodos es conectar múltiples diodos en serie con el suministro. Cada diodo provoca una caída de tensión de casi 0.7 voltios.
Los diodos solo permiten un flujo direccional de electricidad, pero el diodo solo conducirá electricidad cuando el suministro toque el umbral. El umbral de diodo de silicio estándar es de 0.6 voltios. … Después de que cada diodo se une en serie, el voltaje cae 0.6 voltios. Utilizando esta técnica, podemos bajar el voltaje en un circuito usando diodos.
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Caída de voltaje del diodo Schottky
Los diodos Schottky, que presentan una unión de metal-semiconductor, suelen tener un V_f entre 0.15 V y 0.45 V. Este rango se debe a variaciones en el metal utilizado (p. ej., platino, cromo) y el tipo de semiconductor (p. ej., silicio tipo n). El V_f más bajo se debe a la ausencia de inyección de portadores minoritarios, que prevalece en los diodos de unión PN.
Aplicaciones: Su bajo V_f los hace ideales para aplicaciones de alta frecuencia y rectificación de energía, donde la eficiencia energética es fundamental.
Caída de voltaje del diodo Zener
Los diodos Zener están diseñados para funcionar con polarización inversa, con una caída de voltaje estable (V_z) que puede oscilar entre 2 V y más de 200 V. El V_z depende del nivel de dopaje; Los diodos fuertemente dopados tienen V_z más bajo. Los diodos Zener siguen el mecanismo de ruptura Zener hasta aproximadamente 5.6 V y, más allá de eso, domina la ruptura por avalancha.
Aplicaciones: Se utilizan ampliamente en aplicaciones de referencia y regulación de voltaje debido a su capacidad para mantener un voltaje constante en un amplio rango de corriente.
Caída de voltaje del diodo de germanio
Los diodos de germanio, con una energía de banda prohibida de aproximadamente 0.66 eV, exhiben un V_f de alrededor de 0.3 V. Su rendimiento se ve afectado a temperaturas más altas debido al aumento de la concentración de portadores intrínsecos, lo que genera corrientes de fuga más altas en comparación con los diodos de silicio.
Aplicaciones: Aunque son menos comunes, los diodos de germanio se utilizan en aplicaciones de bajo voltaje y en la restauración de equipos electrónicos antiguos.
Caída de voltaje del diodo de silicio
Los diodos de silicio, con una energía de banda prohibida de aproximadamente 1.1 eV, tienen un V_f de aproximadamente 0.7 V. Este valor puede variar ligeramente según la concentración de dopaje y la construcción del diodo. Los diodos de silicio mantienen sus características en un rango de temperatura más amplio en comparación con los diodos de germanio.
Aplicaciones: Su confiabilidad y estabilidad los hacen adecuados para una amplia gama de aplicaciones, desde rectificación de potencia hasta procesamiento de señales.
Diodos en serie Caída de voltaje
En una configuración en serie, la caída total de tensión directa es la suma acumulativa de las caídas de diodos individuales. Por ejemplo, tres diodos de silicio en serie con niveles de corriente idénticos tendrán un V_f total de aproximadamente 2.1 V. La corriente que pasa a través de cada diodo debe ser idéntica, ya que diferentes corrientes pueden provocar caídas de voltaje desiguales y posibles fallas del diodo.
Aplicaciones: Las configuraciones de diodos en serie se utilizan en aplicaciones que requieren caídas de voltaje mayores que las que puede proporcionar un solo diodo.
Diodos en caída de voltaje en paralelo
En conexiones en paralelo, la caída de voltaje en cada diodo es la misma que la de un solo diodo. Sin embargo, hacer coincidir los diodos es crucial ya que las diferencias en las características V_f e I/V pueden llevar a un reparto desigual de la corriente, lo que podría sobrecargar un diodo y subutilizar otros.
Aplicaciones: Las configuraciones de diodos en paralelo se utilizan para aumentar la capacidad de manejo de corriente mientras se mantiene una caída de voltaje específica.
Preguntas Frecuentes
¿Cómo reducir el voltaje con el diodo zener?
El diodo zener es un caso especial de diodos que permite que la corriente fluya en sentido inverso en un cierto voltaje, conocido como voltaje zener. También puede reducir el reverso voltaje y trabajo como un regulador de voltaje eficiente.
Para usar un diodo zener para reducir el voltaje, debemos conectarlo en paralelo con la carga en el circuito. El voltaje de suministro debe ser mayor que el voltaje zener y el diodo debe estar en polarización inversa. Esta conexión ayuda a reducir el voltaje inverso a un valor específico y actúa como un regulador de voltaje.
Fórmula de caída de voltaje de diodo
En aras de la simplicidad, se supone que la caída de voltaje directo en un diodo es de 0.7 V. Ahora, si solo hay un diodo en un circuito junto con una carga, la caída de voltaje en la carga es (voltaje de suministro: 0.7) voltios.
En el caso de varios diodos en serie en un circuito, la caída de voltaje en la carga es (voltaje de suministro: el número de diodos * 0.7). Por ejemplo, en la imagen 1, la caída de tensión en el diodo D1= (5-0.7) = 4.3 V. La caída de tensión en el diodo D2= (5-2 * 0.7) = 3.6 V. La caída de tensión en el diodo D3 = (5- 3 * 0.7) = 2.9 V.
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Gráfico de caída de voltaje de diodo
La siguiente tabla muestra los límites de caída de voltaje de diferentes tipos de diodos.
| Tipo de diodo | Caída de voltaje |
| diodo de silicio | 0.6 0.7-Volt |
| diodo de germanio | 0.25 0.3-Volt |
| Diodo Schottky | 0.15 0.45-Volt |
| LED rojo | 1.7 2.2-Volt |
| LED azul | 3.5 4-Volt |
| LED amarillo | 2.1 2.3-Volt |
| LED verde | 2.1 4-Volt |
| LED blanco | 3.3 4-Volt |
| LED naranja | 2.03 2.20-Volt |
| LED violeta | 2.76 4-Volt |
Caída de voltaje de diodo frente a temperatura
Los diodos de silicio tienen un coeficiente de temperatura negativo de aproximadamente -2 mV/°C. Esta disminución en la caída de voltaje con el aumento de temperatura se debe a una mayor movilidad del portador. Los diodos Schottky, con una altura de barrera más baja, exhiben un coeficiente de temperatura más pequeño, típicamente alrededor de -1 mV/°C.
Información sobre la aplicación: Esta propiedad es importante en aplicaciones sensibles a la temperatura, donde los diodos pueden actuar como sensores o compensadores de temperatura en circuitos.
Caída de voltaje de diodo vs corriente
La caída de voltaje a través de un diodo aumenta con la corriente de forma no lineal. Pero como la resistencia diferencial es menor, el aumento es muy lento. Podemos considerar el voltaje directo frente a las características actuales.
En los diodos de silicio, a medida que la corriente aumenta de 1 mA a 1 A, V_f (caída de tensión directa) normalmente varía de 0.7 V a 0.8 V debido al aumento del flujo de electrones. Los diodos de germanio muestran un aumento de V_f de 0.3 V a 0.4 V en condiciones similares. La ecuación de Shockley detalla la relación: V_f = nV_t ln(I/I_s + 1). Aquí, n (factor de idealidad) varía de 1 (diodo ideal) a 2 (condiciones del mundo real), V_t (voltaje térmico) es de aproximadamente 26 mV a temperatura ambiente y I_s (corriente de saturación) está en el rango de nanoamperios.
De la curva IV, podemos ver que una gran cantidad de aumento en la corriente produce inicialmente un aumento insignificantemente pequeño en el voltaje. Luego, más rápidamente, el voltaje aumenta y, finalmente, aumenta muy rápidamente. La curva IV muestra un crecimiento exponencial del voltaje con la corriente. En el momento en que Vd cruza 0.6/0.7 V, sube rápidamente.
¿Cuándo cae el voltaje en un diodo de unión PN?
Cuando la corriente pasa a través de cualquier componente presente en un circuito, se produce una caída de tensión. De manera similar, cuando la corriente pasa a través del diodo en polarización directa, entonces hay un caída de voltaje, conocida como caída de tensión directa.
El diodo de unión pn no puede enviar la corriente desde la unión en polarización inversa para una resistencia muy alta. La unión pn actúa como un circuito abierto, por lo que la caída de tensión en ese diodo de unión pn ideal sigue siendo la misma. Es igual al voltaje de la batería.
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Caída de voltaje MOSFET conectado por diodo
Un MOSFET conectado por diodo, con la puerta y la fuente en cortocircuito, muestra una caída de voltaje igual a su voltaje umbral (V_th), generalmente en el rango de 0.7 V a 1 V. Esta caída es mayor debido al requisito V_gs (voltaje de puerta a fuente) del MOSFET. El V_th específico depende del tipo y la construcción del MOSFET, observándose variaciones en diferentes nodos tecnológicos.
Aplicaciones: Los MOSFET conectados por diodos se utilizan en circuitos analógicos como referencias de voltaje y en circuitos digitales para cambio de nivel lógico, beneficiándose de la alta impedancia de entrada y la caída de voltaje controlada del MOSFET.
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