Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones

¿Qué es un diodo de microondas y cómo funciona? Descubre en este artículo todo sobre el principio de funcionamiento, los diferentes tipos y las aplicaciones de este componente esencial en la tecnología de microondas. ¡No te lo pierdas!

El diodo de microondas es solo un término general para los diodos que se usan en diferentes dispositivos de microondas. Hay muchos diodos populares que pueden considerarse diodos de microondas. Como Diodo PIN, diodo Gunn, diodo túneletc. Todos estos diodos operan en el banda de frecuencia de microondas (300 MHz a 300 GHz). En este artículo, discutiremos el principio de funcionamiento de los diodos de microondas, sus tipos y aplicaciones.

Nota: En este artículo, discutiremos dos categorías de diodos de microondas, la primera que puede ayudar a generar una señal de microondas, la segunda que solo puede operar en una banda de frecuencia de microondas y se usa en diferentes dispositivos de microondas.

Principio de funcionamiento del diodo de microondas

Dos efectos fundamentales nos ayudarán a comprender el principio de funcionamiento del diodo de microondas: El efecto de resistencia negativa y el efecto de diodo de contacto puntual.

El efecto de la resistencia negativa

El efecto de resistencia negativa (NR) muestra la relación entre la corriente y el voltaje. Con el aumento de voltaje, la corriente que fluye a través del diodo disminuye. Este efecto ayuda a convertir energía eléctrica en energía de radiación de microondas a una frecuencia muy alta.

Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones
IV características de un diodo no lineal

La figura anterior muestra la IV características de un diodo no lineal. Podemos entender el efecto de resistencia negativa dividiendo esta figura en tres secciones.

  • En el primer tramo entre cero al punto Ala corriente aumenta con un incremento en el voltaje directo y sigue Ley de Ohm.
  • Pero cuando la corriente alcanza el punto máximo, muestra el efecto de resistencia negativa. Entonces en la segunda sección entre puntos De la A, a la Bel valor actual disminuye con un incremento en el voltaje hasta que alcanza el punto valle B.
  • De nuevo después de los puntos B a C, la corriente sigue la ley de Ohm y muestra el mismo comportamiento que la primera sección.

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Efecto de diodo de contacto de punto

Cuando un cable metálico se conecta con un semiconductor de tipo N para formar una unión pequeña, esta unión de punto pequeño posee un valor pequeño de capacitancia de unión. Y debido a esta pequeña capacitancia, el la carga almacenada en la unión y su tiempo transitorio disminuyen.

Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones
Efecto de diodo de contacto de punto

Y dado que el tiempo transitorio del capacitor de unión disminuye, el la velocidad de conmutación de los diodos de microondas aumenta mucho mejor que los diodos de unión PN normales.

¿Cómo ayuda el diodo de microondas a generar microondas?

Las microondas son generadas por osciladores de alta frecuencia. Algunos osciladores de microondas son los Oscilador de diodo de túnel, oscilador de diodo de Gunn, oscilador de diodo IMPATT, etc..

Por ejemplo, Considere este oscilador de diodo de túnel que se muestra en la siguiente figura. Consta de dos resistencias y un circuito tanque (circuito LCR paralelo) conectado a la fuente de voltaje de entrada.

Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones
Oscilador de diodo de túnel

Cuando el voltaje de entrada del diodo túnel se encuentra entre punto A al punto B, se produce el efecto de resistencia negativa. Y debido a este efecto de resistencia negativa, la corriente en el circuito del tanque cambia. El inductor en el circuito se opone a este cambio de corriente y genera un voltaje positivo para mantener el valor actual anterior.

Cuando la corriente del diodo cambia de punto B al punto C (la región de resistencia positiva), ocurre el proceso inverso. Aquí, el circuito del tanque genera el voltaje negativo para resistir la tasa positiva de cambio en la corriente.

De manera similar, cuando este cambio de corriente en el circuito del tanque varía una y otra vez entre el punto A y el B y el próximo B al C en un bucle, entonces el voltaje de salida del circuito del tanque también repetirá el mismo proceso (generar voltaje positivo y voltaje negativo). respectivamente).

Entonces, esta variación de positivo a negativo y nuevamente de negativo a positivo en el voltaje de salida del circuito del tanque genera una onda sinusoidal que puede funcionar como una señal de microondas.

Nota:Podemos ajustar y cambiar la frecuencia de salida de la señal de voltaje de microondas con la ayuda de los parámetros de oscilación del circuito del tanque.

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¿Por qué se utilizan diodos de microondas en dispositivos de microondas?

Como se discutió anteriormente, los diodos de microondas tienen una mayor velocidad de conmutación. Por lo tanto, para transmitir o recibir una señal en frecuencias de microondas (aprox. 300 MHz a 300 GHz), el dispositivo debe tener un diodo que pueda funcionar correctamente a una velocidad de conmutación muy alta. Es por eso que usamos diodos de microondas en dispositivos de microondas.

Tipos de diodos de microondas

Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones

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  • Dispositivos receptores de bajo ruido: diodo de contacto puntual, diodo de barrera Schottky y diodo varactor paramétrico.
  • Dispositivos de control: Diodo varactor sintonizado eléctricamente, diodo PIN.
  • Dispositivos de fuente de alimentación de microondas: diodo Power Varactor, diodo de efecto de cuerpo, diodo de recuperación de paso, diodo IMPATT, diodo túnel y diodo Gunn.

¿Cuáles son las diferencias entre los diferentes diodos de microondas?

Las diferencias fundamentales entre varios tipos de diodos de microondas se basan en su Estructuras, operaciones de trabajo, rango de frecuencia, eficiencia de potencia de salida, y usos. Por ejemplo,

  • diodo de gunn es un dispositivo de transferencia de electrones a granel, pero el diodo IMPATT es un dispositivo de transferencia de electrones de tipo unión.
  • El diodo túnel tiene una eficiencia de potencia de salida del 5 al 10% mientras que el diodo TRAPATT tiene una eficiencia de salida del 20 al 60%.
  • diodo PIN tiene una velocidad de conmutación muy alta por lo que se utiliza en dispositivos de control de microondas mientras que el Diodo Schottky tiene una potencia de ruido muy baja por lo que puede ser utilizado en receptores de bajo ruido en dispositivos de comunicación por radio.

¿Cuáles son las principales áreas de aplicación de los diodos de microondas?

Los diodos de microondas tienen las ventajas de pequeño tamaño y alta fiabilidad. Estas ventajas los hacen adecuados para oscilación de microondas, amplificación, conversión de frecuencia, conmutación, cambio de fase y modulación. Los diodos de microondas tienen varias aplicaciones. Algunos de ellos son:

  • Hornos de microondas.
  • Wifi. Bluetooth.
  • Sistemas de comunicación.
  • Equipo medico.
  • Armas y Equipo Militar.

Algunas preguntas frecuentes comunes

¿Todos los diodos de microondas son iguales?

No, todos los diodos de microondas no son iguales. Los diodos de microondas están disponibles en diferentes tipos y cada uno tiene sus propias características VI, frecuencias operativas, aplicaciones y eficiencia energética. Según sus aplicaciones, incluso tienen diferentes circuitos operativos. Por tanto podemos decir que no todos los diodos de microondas son iguales.

Debe leer: ¿Para qué se utiliza un diodo láser y cómo funciona? (¿Un LED?)

¿Qué diodo se usa en un horno de microondas?

Diodo de microondas como Diodo varactor de potenciapuede trabajar con una señal de microondas de muy alta potencia y se utiliza como rectificador en un horno de microondas.

¿Puede un horno microondas funcionar sin diodo?

No, un horno de microondas no puede funcionar correctamente sin un diodo. El diodo de microondas convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), lo que aumenta el voltaje y enciende el magnetrón del horno. Sin un nivel de voltaje adecuado, el magnetrón no generará las microondas que calientan los alimentos.

¿Podemos usar diodos de unión PN? en dispositivos de microondas?

Los diodos de unión PN no se pueden usar en dispositivos de microondas. Dado que el diodo de unión PN es el diodo semiconductor más simple y no puede operar a una frecuencia de conmutación muy alta. Entonces, debido a su baja velocidad de conmutación, no podemos usarlo como un oscilador de microondas.

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Preguntas frecuentes sobre el diodo de microondas

Diodo de microondas: principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones

1. ¿Qué es un diodo de microondas?

Un diodo de microondas es un dispositivo semiconductor utilizado para controlar la propagación de radiofrecuencias en el rango de las microondas. Puede funcionar tanto como rectificador de ondas como interruptor para señales de alta frecuencia.

2. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un diodo de microondas?

El diodo de microondas se basa en el principio de la unión P-N de los semiconductores. Cuando se polariza directamente, permite el paso de las microondas y rectifica la señal. Cuando se polariza inversamente, bloquea el paso de las microondas y actúa como interruptor. Este fenómeno se conoce como comportamiento V-I.

3. ¿Cuáles son los tipos de diodos de microondas?

Existen diferentes tipos de diodos de microondas, entre los cuales se destacan:

  1. Diodo de barrera Schottky: Este tipo de diodo utiliza una barrera Schottky para controlar la corriente. Es muy utilizado en aplicaciones de alta potencia debido a su baja capacitancia y tiempo de conmutación rápido.
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  2. Diodo de avalancha: Estos diodos están diseñados para soportar altos voltajes inversos. Se utilizan principalmente en aplicaciones de seguridad, como detectores de radar.
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  3. Diodo PIN: Este tipo de diodo presenta una región intrínseca en la unión P-N, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren altos niveles de sensibilidad. Se utiliza en dispositivos como receptores de radio y amplificadores.
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4. ¿Cuáles son las aplicaciones de los diodos de microondas?

Los diodos de microondas tienen diversas aplicaciones en los sistemas de comunicación y tecnología de las microondas. Algunas de las principales aplicaciones incluyen:

  • Detección y mezcla de señales: Los diodos de microondas se utilizan en la detección y mezcla de señales en receptores de radio y sistemas de comunicación inalámbrica.
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  • Osciladores de microondas: Estos diodos se usan para generar señales de frecuencia ultra alta en osciladores de microondas, que son utilizados en sistemas de comunicación y radares.
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  • Conmutación de señales: Los diodos de microondas también se emplean como interruptores para conmutar señales de alta frecuencia en sistemas de telecomunicaciones y aplicaciones militares.
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