Un rectificador de selenio es un tipo de rectificador metálico , inventado en 1933. [1] Se utilizaron en fuentes de alimentación para equipos electrónicos y en aplicaciones de cargadores de baterías de alta corriente hasta que fueron reemplazados por rectificadores de diodos de silicio a fines de la década de 1960. La llegada del alternador a algunos automóviles fue el resultado de rectificadores de silicio compactos, de bajo costo y de alta corriente. Estas unidades eran lo suficientemente pequeñas como para estar dentro de la caja del alternador, a diferencia de las unidades de selenio que precedieron a los dispositivos de silicio.
Las propiedades rectificadoras del selenio, entre otros semiconductores, fueron observadas por Braun, Schuster y Siemens entre 1874 y 1883. [2] Las propiedades fotoeléctricas y rectificadoras del selenio también fueron observadas por Adams y Day en 1876 [3] y CE Fitts alrededor de 1886, pero los dispositivos rectificadores prácticos no se fabricaron de manera rutinaria hasta la década de 1930. En comparación con el rectificador de óxido de cobre anterior , la celda de selenio podía soportar un voltaje más alto, pero a una capacidad de corriente más baja por unidad de área. [4]
Los rectificadores de selenio se fabrican a partir de pilas de placas de aluminio o acero recubiertas con aproximadamente 1 μm de bismuto o níquel . Se deposita una capa mucho más gruesa de selenio (50 a 60 μm) dopada con un halógeno sobre el revestimiento metálico fino . Luego, el selenio se convierte en una forma gris policristalina (hexagonal) mediante recocido . El seleniuro de cadmio se forma por reacción del selenio con la aleación de estaño-cadmio y la heterojunción CdSe-Se es la unión rectificadora activa. Cada placa puede soportar unos 20 voltios en la dirección inversa . Los cuadrados o discos de metal también sirven como disipadores de calor además de proporcionar un lugar de montaje para los discos de selenio. Las placas se pueden apilar indefinidamente para soportar voltajes más altos. Se han utilizado pilas de miles de discos de selenio en miniatura como rectificadores de alto voltaje en televisores y fotocopiadoras .
Los rectificadores de selenio son capaces de soportar sobrecargas significativas repetitivas sin necesidad de medidas especiales de protección. Se utiliza habitualmente en rectificadores de galvanoplastia de menos de 200.000 A y precipitadores electrostáticos que funcionan entre 30 y 100 kV [5]
Los receptores de radio y televisión los utilizaron desde aproximadamente 1947 hasta 1975 para proporcionar hasta unos pocos cientos de voltios de voltaje de placa. Los rectificadores de tubo de vacío tenían eficiencias de solo el 60% en comparación con el 85% de los rectificadores de selenio, en parte porque los rectificadores de tubo de vacío requerían calentamiento. Los rectificadores de selenio no tienen tiempo de calentamiento, a diferencia de los rectificadores de alto vacío. Los rectificadores de selenio también eran más baratos y más simples de especificar e instalar que los tubos de vacío. Sin embargo, más tarde fueron reemplazados por diodos de silicio con altas eficiencias (cerca del 100% a altos voltajes). Los rectificadores de selenio tenían la capacidad de actuar como limitadores de corriente, que pueden proteger temporalmente el rectificador durante un cortocircuito y proporcionar corriente estable para cargar baterías. [ cita requerida ]
Un rectificador de selenio tiene aproximadamente el mismo tamaño que un rectificador de óxido de cobre, pero es mucho más grande que un diodo de silicio o germanio. Los rectificadores de selenio tienen una vida útil prolongada, aunque no indefinida, de 60 000 a 100 000 horas, según la potencia nominal y la refrigeración. El rectificador puede mostrar cierta deformación de la característica de rectificador después de un almacenamiento prolongado. [6] Cada celda puede soportar un voltaje inverso de alrededor de 25 voltios y tiene una caída de voltaje directo de alrededor de 1 voltio, lo que limita la eficiencia a voltajes bajos. Los rectificadores de selenio tienen un límite de temperatura de funcionamiento de 130 °C y no son adecuados para circuitos de alta frecuencia. [7]
Los rectificadores de selenio tenían una vida útil más corta de lo deseado. En la etapa inicial de falla, producían una cantidad modesta de gas de olor dulce, a veces descrito como "empalagosamente dulce". En ese punto, las propiedades de rectificación habían desaparecido casi por completo, lo que permitía que la tensión inversa se filtrara a través del rectificador. Durante una falla catastrófica, producían cantidades significativas de seleniuro de hidrógeno maloliente y altamente tóxico [8] [9] [10] que permitían al técnico de reparación saber cuál era el problema. Con mucho, el modo de falla más común era un aumento progresivo de la resistencia directa, lo que aumentaba la caída de tensión directa y reducía la eficiencia del rectificador. Durante la década de 1960, comenzaron a ser reemplazados por rectificadores de silicio , que exhibían una menor caída de tensión directa, un menor costo y una mayor confiabilidad. [11]
En 1961, IBM comenzó a desarrollar una familia de lógica informática de baja velocidad [12] que utilizaba diodos de selenio con características similares al silicio, pero que costaban menos de un centavo. Los departamentos de desarrollo de terminales pedían a gritos un bajo coste y no necesitaban velocidad. Era posible perforar discos de 1/8 de pulgada a partir de una lámina de diodo de selenio. GE afirmó que podían fabricar diodos de selenio fiables. Se logró un diseño para un circuito DDTL con dos niveles de lógica de diodo que alimentaban un transistor de aleación y sin resistencia de entrada en serie ni condensador de aceleración. La familia se llamó SMAL [13] o SMALL, por "lógica de aleación de matriz de selenio". El transistor de aleación resultó ser demasiado rápido para la recuperación del diodo de selenio . Para resolver este problema, se conectó un diodo de selenio alrededor de la base-emisor para frenarlo. La lógica de dos niveles era similar a la matriz lógica programable (PLA) que llegaría al mercado muchos años después. Casi cualquier función lógica estática que produjera una salida se podía lograr con un transistor y un puñado de diodos baratos. Varios años después, se descubrió que los diodos de selenio no eran confiables y fueron reemplazados por diodos de silicio. La familia lógica se empaquetó en tarjetas SMS . [13]
, inventados por Charles E. Fitts en 1933.