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En la actualidad, la práctica totalidad de los
equipos y dispositivos electrónicos que utilizamos cotidianamente
incluyen en sus circuitos varios tipos diferentes de
“semiconductores” de estado sólido, entre los que se encuentran
los “diodos”, elementos imprescindibles para que todos esos
equipos puedan funcionar. Sin embargo, antes del uso masivo de esos
pequeños elementos tal como lo conocemos hoy en día, durante la
primera mitad y principios de la segunda mitad del siglo pasado era
muy común emplear “válvulas electrónicas de vacío” en los
circuitos electrónicos analógicos de radios, televisores y otros
dispositivos domésticos e industriales.
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Diferentes diodos de silicio como los empleados en
circuitos de equipos y dispositivos electrónicos actuales: A.-
Diodo de unión o juntura p-n. B.- Diodo de punta de contacto.
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Esas válvulas se conocían también por el nombre de “válvulas
termoiónicas”, debido a que requerían un calentamiento previo y
constante de un cátodo situado en el interior de una ampolla de
vidrio al vacío (o también con revestimiento metálico en lugar de
vidrio en algunos tipos de válvulas), para que comenzara la emisión
electrónica que las ponía en funcionamiento. La emisión electrónica
se establecía siempre desde el cátodo (negativo) en dirección a
un ánodo (positivo), que se encontraba también colocado en el
interior de la válvula.
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Antigua válvula electrónica o termoiónica de
vacío
del tipo “doble diodo”. Esta válvula que se muestra en la foto
era de cristal y medía 12 cm del alto aproximadamente (sin
considerar. las patas). Fue una válvula muy utilizada en los
radiorreceptores domésticos de los años 40 del siglo pasado para
rectificar la corriente alterna y convertirla en directa.
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Uno de los primeros tipos de válvulas de vacío que se emplearon
en el siglo pasado en los primeros circuitos electrónicos analógicos
fue la “válvula diodo”, inventada por Sir Ambrose Fleming (1849
– 1845). Esa válvula sólo se podía emplear en las siguientes
funciones:
1.- Cómo “rectificadora”, para convertir la corriente alterna (C.A.)
en pulsante o en corriente
directa (C.D.).
2.- Como “detectora” de las señales moduladas de alta
frecuencia o radiofrecuencia que emiten las estaciones de radio,
televisión y otras emisiones inalámbricas. La detección consiste
en separar o demodular el sonido de baja frecuencia
(audiofrecuencia) que viaja con las ondas portadoras de alta
frecuencia, para que se puedan convertir de nuevo en audibles después
de ser amplificadas.
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Alrededor de la década de los años 50 del siglo
pasado y paralelamente al empleo de las válvulas de vacío, se
comenzaron a emplear también diodos semiconductores de selenio (Se)
como rectificadores de corriente alterna solamente. Estos
rectificadores tenían la ventaja sobre las válvulas de vacío que
podían soportar el paso de cargas de corriente eléctrica de mayor
amperaje sin necesidad de tener que calentarlos previamente.
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Rectificador de onda completa formado por varios
grupos de chapas o placas semiconductoras individuales de selenio
(Se).
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Estos rectificadores se componían de un conjunto de chapas o
placas de aluminio rectangulares que
empleaban selenio (Se) como elemento semiconductor. De igual forma
se emplearon también otros rectificadores similares a los de
selenio, pero compuestos por chapas redondas, con la diferencia que
empleaban óxido de cobre (CuO2) como elemento
semiconductor. Para unir todas
las chapas que podían contener esos dos tipos diodos rectificadores, se atravesaba
un tornillo a través de un orificio que tenía abierto cada una de
sus placas en el centro y a continuación se fijaban y apretaban todas
firmemente por medio de una tuerca que se enroscaba a cada uno de
los extremos del propio tornillo. La capacidad de carga en amperes
que podían soportar esos rectificadores dependía del tamaño o área
de cada chapa en particular, así como de la cantidad total que se
colocaban unidas en el mismo sentido de circulación de la
corriente. Cada placa individual o cada grupo de ellas unidas en el
mismo sentido de circulación de la corriente eléctrica constituía
un diodo rectificador de media onda. Sin embargo, cuando se unían
cuatro placas en el mismo eje o tornillo, o en su defecto, cuatro
grupos de placas unidas y propiamente interconectadas, se obtenía
un “puente rectificador” de onda completa. En la actualidad el
empleo de los rectificadores de selenio en los circuitos electrónicos
ha caído en desuso
ESTRUCTURA DE UN ELEMENTO SEMICONDUTOR
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Diodos semiconductores de silicio de diferentes tipos y. tamaños, identificados en el circuito impreso de este. dispositivo electrónico con las letras “D”
(para diodos con. funciones diferentes) y “DZ”
(para el diodo Zener).
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Un diodo semiconductor de estado sólido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio (Si) de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento químico tetravalente por estar compuesto por átomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario “doparlos” durante el proceso de producción del diodo, añadiéndole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a átomos de otros elementos químicos (también semiconductores), pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarán el diodo, con sus correspondientes polaridades.
Para fabricar un diodo, primeramente uno de los cristales de silicio se dopa añadiéndole, como impureza, un elemento químico de valencia +3 (trivalente) como el galio (Ga), por ejemplo. Al final del proceso se obtiene un semiconductor “tipo-p”, con polaridad positiva (P), que presentará defecto o falta de electrones en la última órbita de los átomos de galio añadidos como impurezas. En esas órbitas se formarán “huecos” en aquellos lugares que debían estar ocupados por los electrones faltantes.
A continuación, el otro cristal de silicio, que inicialmente es igual al empleado en el proceso anterior, se dopa también durante el proceso de fabricación del diodo, pero añadiéndole esta vez impurezas pertenecientes a átomos de otro elemento químico también semiconductor, pero de valencia +5 (pentavalente) como, por ejemplo, antimonio (Sb). Una vez finalizado este otro proceso de dopado se obtiene un semiconductor “tipo-n”, con polaridad negativa (N), caracterizado por presentar exceso de electrones libres en la última órbita de los átomos de antimonio
añadidos como impurezas.
(Ver “Qué.
son los semiconductores”).
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Representación gráfica de dos elementos semiconductores de cristal de silicio (Si), simplificados de. forma esquemática. A.- Semiconductor de silicio de conducción “tipo-p”, o
sea, de polaridad positiva. (P). En su estructura molecular se puede observar que en los lugares que debían ocupar
los electrones. lo que encontramos son “huecos”.
Cuando conectamos una batería a los extremos de un cristal semiconductor positivo, se establece un. flujo de “huecos” en sentido opuesto al flujo de electrones que proporciona la fuente de energía eléctrica.. En la ilustración se puede observar también que mientras el flujo de electrones
o corriente electrónica. se establece del polo negativo al polo positivo de la batería, el flujo de “huecos”, por el contrario, se. establece en el sentido inverso a través del cristal de silicio.
B.- Semiconductor de silicio de conducción
“tipo-n”, de polaridad negativa
(N), con exceso de. electrones libres en su estructura molecular. Si a este tipo
de semiconductor negativo le conectamos. una batería, el flujo electrónico se establecerá en el mismo sentido de circulación de la propia fuente de. suministro eléctrico, o sea, del polo negativo al polo
positivo
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