rectificador de selenio

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 cargadores de baterías de alta corriente hasta que fueron reemplazados por rectificadores de diodo de silicio a finales 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 carcasa 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 por CE Fitts alrededor de 1886, pero los dispositivos rectificadores prácticos no se fabricaron de forma 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 con una menor capacidad de corriente 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 . Sobre el recubrimiento metálico delgado se deposita una capa mucho más gruesa de selenio (de 50 a 60 μm) dopada con un halógeno . El selenio se convierte luego en una forma policristalina gris (hexagonal) mediante recocido . El seleniuro de cadmio se forma por reacción del selenio con la aleación de estaño-cadmio y la heterounión CdSe-Se es la unión rectificadora activa. Cada placa puede soportar unos 20 voltios en sentido inverso . Los cuadrados o discos metálicos 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. Pilas de miles de discos de selenio en miniatura se han utilizado como rectificadores de alto voltaje en televisores y fotocopiadoras .  

Los rectificadores de selenio pueden soportar sobrecargas significativas repetitivas sin necesidad de medidas de protección especiales. Se utilizan comúnmente en rectificadores de galvanoplastia de menos de 200 000  A y precipitadores electrostáticos que operan entre 30 y 100  kV ^{[ 5 ].}

Los receptores de radio y televisión los utilizaron desde aproximadamente 1947 hasta 1975 para proporcionar hasta unos 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 económicos y sencillos de especificar e instalar que los tubos de vacío. Sin embargo, posteriormente fueron reemplazados por diodos de silicio con altas eficiencias (cercanas al 100% a altos voltajes). Los rectificadores de selenio tenían la capacidad de actuar como limitadores de corriente, lo que puede proteger temporalmente el rectificador durante un cortocircuito y proporcionar una corriente estable para la carga de baterías.

Un rectificador de selenio tiene un tamaño similar al de 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 ilimitada, de entre 60 000 y 100 000 horas, dependiendo de la potencia nominal y la refrigeración. El rectificador puede presentar cierta deformación de su característica rectificadora tras un almacenamiento prolongado. ^{[ 6 ]} Cada celda puede soportar una tensión inversa de alrededor de 25 voltios y tiene una caída de tensión directa de alrededor de 1 voltio, lo que limita la eficiencia a bajas tensiones. 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, producen una cantidad moderada de gas de olor dulce, a veces descrito como "dulcemente empalagoso". En ese punto, las propiedades de rectificación prácticamente desaparecen, permitiendo que el voltaje inverso se filtre a través del rectificador. Durante una falla catastrófica, producen cantidades significativas de seleniuro de hidrógeno maloliente y altamente tóxico ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} que permiten al técnico de reparación saber cuál era el problema. El modo de falla más común era, con mucho, un aumento progresivo de la resistencia directa, lo que incrementaba la caída de voltaje directo y reducía la eficiencia del rectificador. Durante la década de 1960, comenzaron a ser reemplazados por rectificadores de silicio , que presentaban una menor caída de voltaje directo, menor costo y mayor confiabilidad. ^{[ 11 ]}

En 1961, IBM comenzó a desarrollar una familia de lógica de computadora de baja velocidad ^{[ 12 ]} que utilizaba diodos de selenio con características similares al silicio, pero con un costo inferior a un centavo. Los departamentos de desarrollo de terminales buscaban bajo costo y no necesitaban velocidad. Era posible troquelar discos de 1/8 de pulgada (3,175 mm) a partir de una lámina de diodo de selenio. GE afirmó que podía fabricar diodos de selenio confiables. 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 denominó 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 ralentizarlo. La lógica de dos niveles era similar a la matriz lógica programable (PLA) que saldría al mercado muchos años después. Casi cualquier función lógica estática que produjera una salida podía lograrse con un transistor y unos pocos diodos baratos. Varios años después, se descubrió que los diodos de selenio no eran fiables y se sustituyeron por diodos de silicio. La familia lógica se empaquetaba en tarjetas SMS . ^{[ 13 ]}

• Manual del rectificador de selenio FT ; 2.ª edición; Federal Telephone and Radio; 80 páginas; 1953. (archivo)
• Manual del rectificador de selenio ST ; 1.ª ed.; Sarkes Tarzian; 80 páginas; 1950. (archivo)