¿Qué es un diodo y cómo funciona?
Un diodo es un componente electrónico que deja pasar la corriente en un solo sentido, del ánodo al cátodo, y la bloquea en el sentido contrario. Funciona como una válvula antirretorno para la electricidad. Se usa para rectificar corriente alterna, proteger circuitos contra la polaridad invertida y, en el caso del diodo Zener, para estabilizar tensiones.
Partes de un diodo: ánodo, cátodo y símbolo
Un diodo tiene solo dos terminales. El ánodo es el positivo: por ahí entra la corriente. El cátodo es el negativo: por ahí sale. Y no son intercambiables, así que hay que saber distinguirlos antes de soldar nada.
En el componente real la pista es la franja del encapsulado: el extremo que lleva la banda pintada es siempre el cátodo. En el símbolo, el triángulo apunta desde el ánodo hacia la barra, que representa el cátodo; esa flecha indica el sentido de la corriente convencional, es decir, el único sentido en el que el diodo deja pasar.
Cómo funciona por dentro: la unión PN
Un diodo es, por dentro, una pastilla de silicio con dos zonas dopadas de forma distinta. En la zona de tipo N sobran electrones libres, cargas negativas listas para moverse. En la zona de tipo P sobran huecos: sitios vacíos donde cabría un electrón y que se comportan como si fueran cargas positivas.
Al juntar las dos zonas, los electrones que están justo en la frontera se cuelan en los huecos vecinos y se recombinan. Eso deja una franja estrecha sin cargas libres, la zona de agotamiento, que actúa como una barrera. Para que el diodo conduzca hay que aplicar suficiente tensión como para vencer esa barrera; en el silicio ronda los 0,7 V. Y si la tensión se aplica al revés, la barrera se ensancha todavía más y el paso queda cerrado.
Polarización directa e inversa
En polarización directa el ánodo está a más tensión que el cátodo. El diodo empieza a conducir en cuanto se supera su tensión umbral (Vf) y, a partir de ahí, mantiene esa caída de tensión casi constante mientras deja pasar la corriente.
En polarización inversa ocurre lo contrario: el cátodo está a más tensión que el ánodo y el diodo bloquea el paso. No es un bloqueo perfecto —siempre se cuela una corriente de fuga minúscula, de microamperios o menos—, pero a efectos prácticos es un circuito abierto. Eso se mantiene hasta llegar a la tensión de ruptura, a partir de la cual el diodo conduce de golpe en sentido inverso.
| Tipo de diodo | Tensión directa (Vf) típica |
|---|---|
| Silicio | ≈ 0,7 V |
| Germanio | ≈ 0,3 V |
| Schottky | 0,2 – 0,4 V |
| LED | 1,8 – 3,3 V según el color |
Una forma sencilla de entenderlo: el torno del gimnasio
Cuando lo estudié, lo que me hizo clic fue pensar en el torno de entrada de un gimnasio: si empujas en el sentido correcto gira y pasas, pero en el otro sentido se bloquea por mucho que empujes. Y un detalle importante: incluso en el sentido bueno tienes que empujar un poco para que ceda. Ese «empujón mínimo» son los 0,7 V de un diodo de silicio.
Tipos de diodos
Todos comparten el mismo principio, pero cada familia está optimizada para una tarea distinta:
| Tipo | Para qué sirve | Ejemplo comercial |
|---|---|---|
| Rectificador | Convertir corriente alterna en continua. | 1N4007 |
| Schottky | Conmutación rápida y poca caída de tensión. | 1N5819 |
| Zener | Estabilizar tensión trabajando en inversa. | 1N4733A (5,1 V) |
| LED | Emitir luz. | Calcula su resistencia |
| Fotodiodo | Detectar luz en sensores. | — |
El diodo Zener como regulador de tensión
El Zener es el raro de la familia: se monta a propósito en polarización inversa, trabajando en su zona de ruptura. Ahí tiene una propiedad muy útil: mantiene entre sus terminales una tensión casi constante, su tensión Zener Vz, aunque la tensión de entrada suba o baje.
El circuito más sencillo son dos componentes: una resistencia en serie Rs desde la entrada, y el Zener en paralelo con la carga. La resistencia absorbe la diferencia de tensión y limita la corriente; el Zener se «come» la corriente que la carga no consume para que la tensión no suba.
El valor de esa resistencia se calcula pensando en el peor caso para la regulación: la entrada más baja y la carga que más consume.
Rs = (Vin mín − Vz) / (IL máx + Iz mín)
El resultado se redondea hacia abajo al valor comercial más cercano. Puede parecer contraintuitivo, pero es lo correcto: una Rs menor deja pasar más corriente, y así te aseguras de que al Zener le sigue llegando su corriente mínima incluso en el peor caso.
Después hay que comprobar la potencia, y ahí el peor caso es justo el opuesto: la entrada más alta y la carga que menos consume (normalmente, sin carga conectada), porque entonces toda la corriente se va por el Zener.
Iz máx = (Vin máx − Vz) / Rs − IL mín
Pz = Vz · Iz máx
PR = (Vin máx − Vz)² / Rs
Como regla práctica, elige componentes con al menos el doble de la potencia calculada. Sale más barato que cambiar un Zener achicharrado.
Calcula tu regulador Zener
Introduce el rango de tu fuente, la tensión del Zener y el consumo de tu carga, y obtén la resistencia comercial y la potencia que necesitan los componentes:
Calculadora de Regulador Zener
Calcula la resistencia en serie de un regulador Zener y la potencia que tienen que aguantar sus componentes.
Si la fuente es estable, pon el mismo valor que la mínima.
Resistencia en serie comercial (E12)
150 Ω
Rs = (Vin mín − Vz) / (IL máx + Iz mín) = 156 Ω → se redondea hacia abajo a 150 Ω
- Iz en el peor caso bajo (Vin mín, carga máx)
- 6 mA
- Iz máxima (Vin máx, carga mín)
- 46 mA
- Potencia en el Zener
- 234,6 mW→ usa un Zener de 0,5 W
- Potencia en la resistencia
- 317,4 mW→ usa una resistencia de 1 W
Las potencias recomendadas son el valor comercial más pequeño que cubre al menos el doble de la potencia calculada.
Ejemplos resueltos
1. Un diodo de silicio en serie con una resistencia. Con una fuente de 9 V y una resistencia de 1 kΩ, el diodo se «come» sus 0,7 V y el resto cae en la resistencia: I = (9 − 0,7) / 1000 = 8,3 mA. Si le das la vuelta al diodo, la corriente pasa a ser prácticamente 0 mA: solo queda la corriente de fuga, despreciable.
2. Un regulador Zener de 5,1 V. Entrada entre 9 y 12 V, carga de 0 a 20 mA y una corriente Zener mínima de 5 mA. Primero la resistencia: Rs = (9 − 5,1) / 0,025 = 156 Ω, que redondeamos hacia abajo a los 150 Ω comerciales.
Comprobamos el peor caso para la regulación (9 V y 20 mA de carga): Iz = 3,9 / 150 − 0,020 = 6 mA, por encima de los 5 mA mínimos, así que regula bien. Y ahora el peor caso para la potencia (12 V y sin carga): Iz = 6,9 / 150 = 46 mA, lo que da Pz ≈ 235 mW; el doble son 470 mW, así que basta con un Zener de 0,5 W. La resistencia disipa PR = 6,9² / 150 ≈ 317 mW; el doble son 634 mW, así que toca una resistencia de 1 W.
Errores comunes con los diodos
- Colocarlo al revés. Es el fallo número uno y el más fácil de evitar: fíjate en la franja, que siempre marca el cátodo.
- Conectarlo sin nada que limite la corriente. Un diodo en directa apenas ofrece resistencia; sin una resistencia en serie se quema en cuanto lo alimentas.
- Olvidar que el diodo cae tensión. Esos 0,7 V hay que descontarlos siempre del cálculo; en circuitos de 3,3 V pueden ser la diferencia entre que funcione y que no.
- Redondear la Rs del Zener hacia arriba. Con una resistencia mayor, en el peor caso el Zener se queda sin corriente y deja de regular.
- Calcular la potencia solo con la carga conectada. El peor caso para el Zener es justo el contrario: sin carga, toda la corriente pasa por él.
- Confundir familias. Usar un rectificador donde hace falta un Zener (o al revés) no regula nada y suele acabar con humo.
Dónde se usan los diodos en la vida real
Están en casi todo lo que enchufas. En el puente rectificador de cargadores y fuentes de alimentación, convirtiendo la alterna de la red en continua. Como protección contra polaridad invertida, para que conectar la pila al revés no destroce la placa. Como diodo de rueda libre (o flyback) en paralelo con relés y motores, absorbiendo el pico de tensión que genera la bobina al cortar la corriente. En reguladores Zener sencillos, en toda la iluminación LED, y como fotodiodos en sensores de luz y en el receptor de infrarrojos de cualquier mando a distancia.
Preguntas frecuentes sobre diodos
¿Qué pasa si pongo un diodo al revés?
En un circuito normal simplemente no conduce y el circuito no funciona. Si la tensión inversa supera la de ruptura puede dañarse, salvo el Zener, que está diseñado para trabajar así.
¿Cómo sé cuál es el ánodo y el cátodo de un diodo?
La franja marca el cátodo. En los LED la patilla larga es el ánodo. Con un polímetro en modo diodo, marca unos 0,5–0,7 V cuando la punta roja está en el ánodo.
¿Qué diferencia hay entre un diodo normal y un diodo Zener?
El normal bloquea en inversa y se evita llegar a la ruptura. El Zener está fabricado para trabajar en ruptura de forma controlada y mantener una tensión fija.
Ejercicio 1
Tienes una fuente estable de 12 V y quieres alimentar un circuito que consume 15 mA a 6,2 V usando un Zener de 6,2 V. Tomando Iz mín = 5 mA, calcula la resistencia en serie (valor comercial) y comprueba si un Zener de 0,5 W es suficiente.
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