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Usos y aplicaciones de diodos

En este tutorial de diodos, veremos algunas de las aplicaciones comunes de los diodos. Como componente semiconductor más simple, el diodo tiene una amplia variedad de aplicaciones en los sistemas electrónicos modernos. Varios circuitos electrónicos y eléctricos utilizan este componente como un dispositivo esencial para producir el resultado requerido.

Introducción

Sabemos que un diodo permite que la corriente fluya solo en una dirección y, por lo tanto, actúa como un interruptor unidireccional. El diodo está hecho de materiales de tipo P y N y tiene dos terminales, a saber, ánodo y cátodo. Este dispositivo se puede operar controlando el voltaje aplicado a estos terminales.

Cuando el voltaje aplicado al ánodo es positivo con respecto al cátodo, se dice que el diodo está en polarización directa. Si el voltaje aplicado al diodo es mayor que el nivel de umbral (generalmente, es de ± 0,6 V para diodos de silicio), entonces el diodo actúa como un cortocircuito y permite el flujo de corriente.

Si se cambia la polaridad del voltaje, es decir, el cátodo se hace positivo con respecto al ánodo, entonces se dice que está en polarización inversa y actúa como circuito abierto. Como resultado, no fluye corriente a través de él.

Símbolo de diodo

Las áreas de aplicación de los diodos incluyen sistemas de comunicación como limitadores, cortapelos, puertas; sistemas informáticos como puertas lógicas, abrazaderas; sistemas de suministro de energía como rectificadores e inversores; sistemas de televisión como detectores de fase, limitadores, abrazaderas; circuitos de radar como circuitos de control de ganancia, amplificadores de parámetros, etc. La siguiente descripción describe brevemente las diversas aplicaciones de los diodos.

Algunas aplicaciones comunes de diodos

Antes de echar un vistazo a las diversas aplicaciones de los diodos, echemos un vistazo rápidamente a una pequeña lista de aplicaciones comunes de los diodos.

  • Rectificadores
  • Circuitos Clipper
  • Circuitos de sujeción
  • Circuitos de protección de corriente inversa
  • En puertas lógicas
  • Multiplicadores de voltaje

y muchos más. Ahora comprendamos cada una de estas aplicaciones de los diodos con más detalle.

Diodo como rectificador

La aplicación más común e importante de un diodo es la rectificación de corriente alterna a corriente continua. Usando diodos, podemos construir diferentes tipos de circuitos rectificadores. Los tipos básicos de estos circuitos rectificadores son rectificadores de puente completo, con derivación central de onda completa y media onda. Se utiliza uno o una combinación de cuatro diodos en la mayoría de las aplicaciones de conversión de energía. La siguiente figura muestra el funcionamiento del diodo en un rectificador.

Diodo como rectificador
  • Durante el semiciclo positivo del suministro de entrada, el ánodo se vuelve positivo con respecto al cátodo. Entonces, el diodo se polariza hacia adelante. Esto da como resultado que la corriente fluya hacia la carga. Dado que la carga es resistiva, el voltaje a través de la resistencia de carga será el mismo que el voltaje de suministro, es decir, el voltaje sinusoidal de entrada aparecerá en la carga (solo el ciclo positivo). Y el flujo de corriente de carga es proporcional al voltaje aplicado.
  • Durante el semiciclo negativo de la onda sinusoidal de entrada, el ánodo se vuelve negativo con respecto al cátodo. Entonces, el diodo se polariza en reversa. Por lo tanto, no fluye corriente hacia la carga. El circuito se convierte en circuito abierto y no aparece voltaje en la carga.
  • Tanto el voltaje como la corriente en el lado de la carga son de una polaridad, lo que significa que el voltaje de salida es CC pulsante. A menudo, este circuito de rectificación tiene un condensador que se conecta a través de la carga para producir corrientes de CC constantes y continuas sin ondulaciones.

Diodos en circuitos de recorte

Los circuitos de recorte se utilizan en transmisores de FM, donde los picos de ruido se limitan a un valor particular para eliminar los picos excesivos. El circuito recortador se utiliza para posponer el voltaje más allá del valor preestablecido sin alterar la parte restante de la forma de onda de entrada.

Según la configuración de diodos en el circuito, estos cortapelos se dividen en dos tipos:

  • Clipper de la serie
  • Cortadora de derivación

Además, estos se clasifican nuevamente en diferentes tipos.

Clipper serie positiva y derivación positiva

La figura anterior muestra la serie positiva y las cortadoras de derivación. Y utilizando estos circuitos de corte, se eliminarán los semiciclos positivos de la forma de onda del voltaje de entrada. En el clipper de serie positiva, durante el ciclo positivo de la entrada, el diodo tiene polarización inversa, por lo que el voltaje en la salida es cero.

Por lo tanto, el semiciclo positivo se recorta en la salida. Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo está polarizado hacia adelante y el semiciclo negativo aparece en la salida.

En la cortadora de derivación positiva, el diodo está polarizado hacia adelante durante el semiciclo positivo, por lo que el voltaje de salida es cero ya que el diodo actúa como un interruptor cerrado. Y durante el semiciclo negativo, el diodo tiene polarización inversa y actúa como interruptor abierto para que aparezca el voltaje de entrada completo en la salida. Con los dos cortapelos de diodos anteriores, el semiciclo positivo de la entrada se corta en la salida.

Diodos en circuitos de sujeción

Un circuito de sujeción se utiliza para cambiar o alterar el pico positivo o negativo de una señal de entrada a un nivel deseado. Este circuito también se denomina Level Shifter o restaurador de CC. Estos circuitos de sujeción pueden ser positivos o negativos según la configuración del diodo.

En el circuito de sujeción positivo, los picos negativos se elevan hacia arriba para que los picos negativos caigan al nivel cero. En el caso del circuito de sujeción negativo, los picos positivos se sujetan de modo que empuja hacia abajo de manera que los picos positivos caen en el nivel cero.

Mire el diagrama a continuación para comprender la aplicación del diodo en los circuitos de sujeción. Durante el semiciclo positivo de la entrada, el diodo tiene polarización inversa, por lo que el voltaje de salida es igual a la suma del voltaje de entrada y el voltaje del capacitor (considerando que el capacitor está inicialmente cargado). Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo está polarizado hacia adelante y se comporta como un interruptor cerrado, por lo que el capacitor se carga a un valor máximo de la señal de entrada.

Circuito de sujeción

Diodos en puertas lógicas

Los diodos también pueden realizar operaciones lógicas digitales. Los estados de baja y alta impedancia del interruptor lógico son análogos a las condiciones de polarización directa e inversa del diodo, respectivamente. Por lo tanto, el diodo puede realizar operaciones lógicas como Y, O, etc. Aunque la lógica de diodos es un método anterior con algunas limitaciones, se utilizan en algunas aplicaciones. La mayoría de las puertas lógicas modernas están basadas en MOSFET.

La siguiente figura muestra la lógica de la puerta OR implementada usando un par de diodos y una resistencia.

Diodos en puertas lógicas

En el circuito anterior, el voltaje de entrada se aplica en V y al controlar los interruptores obtenemos la lógica OR en la salida. Aquí el 1 lógico significa alto voltaje y el 0 lógico significa voltaje cero. Cuando ambos interruptores están en estado abierto, ambos diodos están en condición de polarización inversa y, por lo tanto, el voltaje en la salida Y es cero. Cuando cualquiera de los interruptores está cerrado, el diodo se polariza hacia adelante y, como resultado, la salida es alta.

Diodos en circuitos multiplicadores de voltaje

El multiplicador de voltaje consta de dos o más circuitos rectificadores de diodos, que se conectan en cascada para producir un voltaje de salida de CC igual al múltiplo del voltaje de entrada aplicado. Estos circuitos multiplicadores son de diferentes tipos como duplicadores de voltaje, triplicadores, cuadruplicadores, etc. Mediante el uso de diodos en combinación con capacitores, obtenemos el múltiplo par o impar del pico de voltaje de entrada en la salida.

Duplicador de voltaje de media onda

La figura anterior muestra un circuito duplicador de voltaje de media onda cuyo voltaje de salida de CC es el doble que el voltaje de CA de entrada pico. Durante el semiciclo positivo de la entrada de CA, el diodo D1 está polarizado hacia adelante y D2 está polarizado hacia atrás. Entonces, el capacitor C1 se carga hasta el voltaje pico Vm de la entrada a través del diodo D1. Durante el semiciclo negativo de la entrada de CA, D1 tiene polarización inversa y D2 está polarizada hacia adelante. Entonces, el condensador C2 comienza a cargarse a través de D2 y C1. Por lo tanto, el voltaje total a través del C2 es igual a 2Vm.

Durante el siguiente semiciclo positivo, el diodo D2 tiene polarización inversa, por lo que el condensador C2 se descargará a través de la carga. Asimismo, al conectar en cascada los circuitos rectificadores obtendremos los múltiples valores de voltaje de entrada en la salida.

Diodos en protección de polaridad inversa

La protección contra polaridad inversa o corriente es necesaria para evitar el daño que se produce por conectar la batería de forma incorrecta o invertir las polaridades del suministro de CC. Esta conexión accidental de suministro hace que fluya una gran cantidad de corriente a través de los componentes del circuito, lo que podría provocar su falla o, en el peor de los casos, su explosión.

Por lo tanto, se conecta un diodo protector o de bloqueo en serie con el lado positivo de la entrada para evitar el problema de conexión inversa.

Diodo en protección de corriente inversa

La figura anterior muestra el circuito de protección de corriente inversa, donde el diodo está conectado en serie con la carga en el lado positivo de la alimentación de la batería. En el caso de la conexión de polaridad correcta, el diodo se polariza hacia adelante y la corriente de carga fluye a través de él. Pero, en caso de una conexión incorrecta, el diodo tiene polarización inversa y eso no permite que fluya ninguna corriente a la carga. Por lo tanto, la carga está protegida contra la polaridad inversa.

Diodos en supresión de picos de voltaje

En el caso de un inductor o cargas inductivas, la eliminación repentina de la fuente de suministro produce un voltaje más alto debido a la energía de campo magnético almacenada. Estos picos inesperados en el voltaje pueden causar daños considerables al resto de los componentes del circuito.

Por lo tanto, se conecta un diodo a través del inductor o cargas inductivas para limitar los grandes picos de voltaje. Estos diodos también reciben diferentes nombres en diferentes circuitos, como diodo amortiguador, diodo Flyback, diodo de supresión, diodo de rueda libre, etc.

Diodos en supresión de picos de voltaje

En la figura anterior, el diodo de rueda libre está conectado a través de la carga inductiva para suprimir los picos de voltaje en el inductor. Cuando el interruptor se abre repentinamente, se crea un pico de voltaje en el inductor. Por lo tanto, el diodo de rueda libre crea un camino seguro para que el flujo de corriente descargue el voltaje ofrecido por el pico.

Diodos en paneles solares

Los diodos que se utilizan para la protección de los paneles solares se denominan diodos de derivación. Si el panel solar está defectuoso o dañado o sombreado por hojas caídas, nieve y otras obstrucciones, la potencia de salida general disminuye y surgen daños en los puntos calientes porque la corriente del resto de las celdas debe fluir a través de esta celda defectuosa o sombreada y provoca un sobrecalentamiento. La función principal del diodo de derivación es proteger las células solares contra este problema de calentamiento de puntos calientes.

Diodos en paneles solares

La figura anterior muestra la conexión de diodos de derivación en células solares. Estos diodos están conectados en paralelo con las células solares, lo que limita el voltaje a través de la célula solar defectuosa y permite que la corriente de las células solares buenas llegue al circuito externo. Por lo tanto, reduce el problema de sobrecalentamiento al limitar el flujo de corriente a través de la celda solar defectuosa.

Conclusión

Tenemos algunas de las aplicaciones importantes de los diodos. Estos incluyen rectificadores, cortapelos, abrazaderas, multiplicadores de voltaje, puertas lógicas, paneles solares, protección de polaridad inversa y supresión de picos de voltaje.

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