Fundamentos de los Diodos
Propiedades y Funcionamiento
Los diodos son componentes electrónicos que permiten el flujo de corriente en una sola dirección. Esto se debe a que tienen dos regiones: una de tipo P y otra de tipo N, formando una unión PN.
- Polarización directa: Cuando se aplica un voltaje positivo al ánodo y negativo al cátodo, la corriente fluye a través del diodo.
- Polarización inversa: Si el voltaje es negativo en el ánodo y positivo en el cátodo, el diodo bloquea el flujo de corriente.
Símbolo y Características IV
El símbolo del diodo es simple pero revelador: un triángulo que apunta hacia una línea vertical. Este diseño representa la dirección permitida de la corriente.
Las características IV (corriente-voltage) del diodo muestran cómo varía la corriente a través del diodo en función del voltaje aplicado. En polarización directa, la corriente aumenta rápidamente después de superar un umbral mínimo (aprox. 0.7V para diodos de silicio). En polarización inversa, la corriente es prácticamente nula hasta que se alcanza un voltaje de ruptura, donde el diodo comienza a conducir en sentido inverso, lo que puede dañarlo.
Análisis de Circuitos DC con Diodos
Métodos de Análisis
Para analizar circuitos DC con diodos, se utilizan dos aproximaciones principales: ideal y práctica.
Aproximación Ideal: En este método, tratamos al diodo como un interruptor perfecto. Esto significa que cuando está en polarización directa, actúa como un cortocircuito (resistencia cero) y cuando está en polarización inversa, actúa como un circuito abierto (resistencia infinita).
Aproximación Práctica: Aquí se considera una caída de voltaje de aproximadamente 0.7V para diodos de silicio cuando están en polarización directa. Esta caída de voltaje es crucial para calcular con mayor precisión el comportamiento del circuito.
Ejemplo y Cálculo en Circuitos DC
Vamos a analizar un circuito rectificador de media onda. En este tipo de circuito, el diodo solo permite el paso de la corriente durante la mitad del ciclo de la señal de entrada.
Comportamiento del Diodo en el Circuito: Durante la parte positiva del ciclo de la señal de entrada, el diodo se polariza directamente y permite el paso de la corriente. En la parte negativa del ciclo, el diodo se polariza inversamente y bloquea el flujo de corriente.
Cálculo de Voltajes y Corrientes: Supongamos que la señal de entrada es una onda senoidal con un valor pico de 10V. Usando la aproximación práctica, podemos decir que la salida del rectificador de media onda tendrá una forma de onda con un valor máximo de 9.3V (10V – 0.7V de caída del diodo). La corriente en el circuito se puede calcular utilizando la ley de Ohm, considerando la resistencia de carga conectada a la salida del rectificador.
Este método de análisis no solo ayuda a entender el comportamiento de los diodos en circuitos DC, sino que también es fundamental para diseñar circuitos más complejos y eficientes.
Análisis de Circuitos AC con Diodos
Tipos de Rectificadores
Media onda: En un rectificador de media onda, el diodo solo permite el paso de la corriente durante la mitad del ciclo de la señal AC. Esto significa que solo se utiliza una mitad del ciclo para la conversión de AC a DC, resultando en una señal pulsante que no es continua.
Onda completa: Un rectificador de onda completa utiliza ambos semiciclos de la señal AC. Esto se logra empleando un puente de diodos o un transformador con punto medio. La principal ventaja de este tipo de rectificación es que produce una señal de salida más constante y eficiente.
Ejemplo y Funcionamiento de Circuitos AC
Circuito de rectificador de onda completa con puente de diodos:
Explicación del funcionamiento del puente: Un puente de diodos está compuesto por cuatro diodos dispuestos en una configuración que permite la rectificación de onda completa. Durante el ciclo positivo de la señal AC, dos de los diodos conducen, permitiendo el paso de la corriente. Durante el ciclo negativo, los otros dos diodos se encargan de la conducción.
Cálculos de voltajes y corrientes: En un rectificador de onda completa, la tensión de salida es aproximadamente la tensión de entrada menos las caídas de tensión en los diodos. Cada diodo de silicio tiene una caída de tensión de aproximadamente 0.7V. Por ejemplo, si la tensión de entrada es 10V, la tensión de salida será cerca de (10V – 2 \times 0.7V = 8.6V).
[Imagen: Circuito de rectificador de onda completa con puente de diodos]
Aplicaciones Prácticas de los Diodos
Fuentes de Alimentación y Protección
En fuentes de alimentación, los diodos se usan para convertir corriente alterna (AC) a corriente continua (DC) a través de un proceso llamado rectificación. Los diodos en una configuración de puente rectificador permiten que la corriente fluya en una sola dirección, eliminando la componente alterna.
Además, los diodos protegen los circuitos contra polaridad inversa. Si conectas una batería al revés, el diodo bloquea la corriente, evitando daños en los componentes sensibles.
Usos Comunes Adicionales
Otra aplicación práctica es la limitación de voltaje. Los diodos Zener, por ejemplo, regulan el voltaje a un nivel específico, protegiendo los circuitos de sobrevoltajes. Esta característica es útil en fuentes de alimentación y sistemas de protección de sobretensión.