Los diodos son los dispositivos más utilizados en cualquier aparato electrónico y sus aplicaciones son ilimitadas, dependiendo de los tipos de diodos y sus características.
Una de las funciones principales del diodo es bloquear el flujo de corriente en una dirección y permitir que la corriente fluya en otra dirección.
Los diodos poseen una gran variedad de usos. Y en este artículo hablaremos sobre algunas aplicaciones de los diodos más utilizados.
¿Por qué se Utilizan Diodos en la Protección de Circuitos?
Los diodos se utilizan en la protección de circuitos debido a su capacidad para restringir el flujo de corriente eléctrica en una sola dirección. Esta característica es útil porque algunos componentes y dispositivos eléctricos se dañan o funcionan mal si la corriente fluye en la dirección equivocada. Por ejemplo, los problemas de corriente pueden hacer que los microprocesadores realicen cálculos erróneos o que simplemente se cortocircuiten y fallen. Una de las razones por las que la radiación daña los microprocesadores es porque induce corrientes parásitas a través de los contactos del microprocesador.
El diodo puede utilizarse no sólo para proteger de las corrientes parásitas, sino también para redirigirlas y convertirlas en corriente útil. Esto se conoce como derivación, que consiste en descargar la corriente por una vía de muy baja resistencia. Redirigir la corriente garantiza que la energía parásita no se desperdicie simplemente a través de la conexión a tierra.
Aplicaciones del Diodo
Antes de echar un vistazo a las diversas aplicaciones de los diodos semiconductores, echemos un vistazo rápidamente a una pequeña lista de aplicaciones comunes de los diodos.
- Rectificadores
- Circuitos Recortadores
- Circuitos Sujetadores
- Circuitos de protección de corriente inversa
- En Compuertas Lógicas
- Multiplicadores de voltaje
y muchos más. Ahora comprendamos cada una de estas aplicaciones de los diodos con más detalle.
Diodo como Rectificador
Un rectificador es un circuito que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). Esta conversión es fundamental para todo tipo de aparatos electrónicos del hogar. Las señales de CA salen de las tomas de corriente de tu casa, pero la CC es la que alimenta la mayoría de los ordenadores y otros aparatos microelectrónicos.
La corriente en los circuitos de CA se alterna literalmente, es decir, cambia rápidamente entre el sentido positivo y el negativo, pero la corriente en una señal de CC sólo va en una dirección. Por lo tanto, para convertir de CA a CC, sólo hay que asegurarse de que la corriente no pueda circular en sentido negativo. Parece un trabajo para los DIODOS.
Un rectificador de media onda puede hacerse con un solo diodo. Si una señal de CA, como una onda sinusoidal por ejemplo, se envía a través de un diodo, cualquier componente negativo de la señal se recorta.
Un puente rectificador de onda completa utiliza cuatro diodos para convertir esos zumbidos negativos de la señal de CA en zumbidos positivos.
Estos circuitos son un componente fundamental en las fuentes de alimentación de CA a CC, que convierten la señal de 120/240V CA de la toma de corriente en señales de 3.3V, 5V, 12V, etc. de CC. Si desmonta un cable de pared, lo más probable es que vea un puñado de diodos rectificando la señal.
Diodos en Circuitos Recortadores
Los circuitos de recorte se utilizan en los transmisores de FM, en los que los picos de ruido se limitan a un valor determinado, de modo que se eliminan los picos excesivos. El circuito recortador se utiliza para apagar la tensión más allá del valor preestablecido sin perturbar la parte restante de la forma de onda de entrada.
Según la configuración de los diodos en el circuito, estos Recortadores se dividen en dos tipos:
- Recortadores en Serie
- Recortadores de Derivación
Además, estos se clasifican de nuevo en diferentes tipos.
La figura anterior muestra los recortadores positivos en serie y en derivación. Con estos circuitos recortadores se eliminan los semiciclos positivos de la forma de onda de la tensión de entrada. En el recortador en serie positivo, durante el ciclo positivo de la entrada, el diodo está en polarización inversa, por lo que la tensión 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 se polariza hacia delante y el semiciclo negativo aparece en la salida.
En el recortador de derivación positiva, el diodo está polarizado hacia delante durante el medio ciclo positivo, por lo que la tensión de salida es cero, ya que el diodo actúa como un interruptor cerrado. Y durante el medio ciclo negativo, el diodo está polarizado hacia atrás y actúa como interruptor abierto, por lo que la tensión de entrada completa aparece a través de la salida. Con los dos recortadores de diodos anteriores, el medio ciclo positivo de la entrada se recorta en la salida.
Diodos en Circuitos Sujetadores
Un circuito sujetador se utiliza para desplazar o alterar el pico positivo o negativo de una señal de entrada a un nivel deseado. Este circuito también se denomina desplazador de nivel o restaurador de CC. Estos circuitos sujetadores pueden ser positivos o negativos dependiendo de la configuración del diodo.
En el circuito sujetador positivo, los picos negativos se elevan hacia arriba, de modo que los picos negativos caen en el nivel cero. En el caso del circuito sujetador negativo, los picos positivos se sujetan de forma que empujan hacia abajo de manera que los picos positivos caen en el nivel cero.
Observe el siguiente diagrama para comprender la aplicación del diodo en los circuitos de sujeción. Durante el semiciclo positivo de la entrada, el diodo está polarizado hacia atrás, por lo que la tensión de salida es igual a la suma de la tensión de entrada y la tensión del condensador (considerando que el condensador está cargado inicialmente). Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo se polariza hacia delante y se comporta como un interruptor cerrado, de modo que el condensador se carga hasta el valor máximo de la señal de entrada.
Diodos en Compuertas Lógicas
Olvídate de los transistores! Las compuertas lógicas digitales, como AND, OR, etc., pueden construirse con diodos.
Por ejemplo, una compuerta OR de dos entradas puede construirse a partir de dos diodos con nodos catódicos compartidos. La salida del circuito lógico también se encuentra en ese nodo. Cuando una de las entradas (o ambas) es lógica 1 (alto/5V), la salida también se convierte en lógica 1. Cuando ambas entradas son lógica 0 (bajo/0V), la salida se baja a través del resistor.
Una compuerta AND se construye de forma similar. Los ánodos de ambos diodos se conectan juntos, que es donde se encuentra la salida del circuito. Ambas entradas deben ser lógicas 1 forzando a la corriente a correr hacia el pin de salida y llevarlo a un nivel alto también. Si cualquiera de las entradas es baja, la corriente de la fuente de 5V corre a través del diodo.
Para ambas puertas lógicas, se pueden añadir más entradas añadiendo un solo diodo.
Diodos en Circuitos Multiplicadores de Voltaje
El multiplicador de voltaje consiste en dos o más circuitos rectificadores de diodos, que se conectan en cascada para producir un voltaje de salida de CC igual al múltiplo de la tensión de entrada aplicada. Estos circuitos multiplicadores son de diferentes tipos como duplicador de tensión, triplicador, cuadruplicador, etc. Mediante el uso de diodos en combinación con condensadores, obtenemos en la salida el múltiplo par o impar de la tensión de pico de entrada.
La figura anterior muestra un circuito duplicador de tensión de media onda cuya tensión de salida de CC es el doble de la tensión de CA de entrada máxima. Durante el semiciclo positivo de la entrada de CA, el diodo D1 se polariza hacia adelante y D2 se polariza hacia atrás. Así, el condensador C1 se carga hasta el voltaje de pico Vm de la entrada a través del diodo D1. Durante el semiciclo negativo de la entrada de CA, D1 está en polarización inversa y D2 en polarización directa. Así, el condensador C2 comienza a cargarse a través de D2 y C1. Así, la tensión total a través de C2 es igual a los 2Vm.
Durante el siguiente semiciclo positivo, el diodo D2 se pone en 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 la tensión de entrada en la salida.
Diodos en Protección de Polaridad Inversa
¿Alguna vez has metido una batería por el lado equivocado? ¿O has intercambiado los cables de alimentación rojo y negro? Si es así, puede que un diodo sea el responsable de que tu circuito siga vivo. Un diodo colocado en serie con el lado positivo de la fuente de alimentación se llama diodo de protección inversa. Asegura que la corriente sólo puede fluir en la dirección positiva, y la fuente de alimentación sólo aplica un voltaje positivo a su circuito.
Esta aplicación del diodo es útil cuando el conector de la fuente de alimentación no está polarizado, por lo que es fácil meter la pata y conectar accidentalmente el suministro negativo al positivo del circuito de entrada.
El inconveniente de un diodo de protección inversa es que induce cierta pérdida de tensión debido a la caída de tensión hacia delante. Esto hace que los diodos Schottky sean una excelente opción para los diodos de protección inversa.
Diodos en Supresión de Picos de Tensión
En el caso de un inductor o de cargas inductivas, la retirada repentina de la fuente de alimentación produce una tensión más alta debido a la energía de su campo magnético almacenada. Estos picos de tensión inesperados pueden causar daños considerables al resto de los componentes del circuito.
Por ello, se conecta un diodo a través del inductor o de las cargas inductivas para limitar los grandes picos de tensión. Estos diodos también reciben distintos nombres en diferentes circuitos, como diodo Snubber, diodo Flyback, diodo de supresión, diodo Freewheeling, etc.
En la figura anterior, el diodo de libre circulación está conectado a través de la carga inductiva para suprimir los picos de tensión en el inductor. Cuando el interruptor se abre repentinamente, se crea un pico de tensión en el inductor. Por lo tanto, el diodo de apertura libre crea un camino seguro para que el flujo de corriente descargue la tensión ofrecida por el pico.
Diodos en los Paneles Solares
Los diodos que se utilizan para proteger los paneles solares se denominan diodos de derivación. Si el panel solar está defectuoso o dañado o sombreado por las hojas caídas, la nieve y otros obstáculos, la potencia total de salida disminuye y se producen daños en el punto caliente porque la corriente del resto de las células debe fluir a través de esta célula defectuosa o sombreada y provoca un sobrecalentamiento. La función principal del diodo de derivación es proteger las células solares contra este problema de calentamiento del puntos calientes.
La figura anterior muestra la conexión de los diodos de derivación en las células solares. Estos diodos se conectan en paralelo con las células solares, limitando así la tensión a través de la célula solar mala y permitiendo que la corriente de las células solares buenas llegue al circuito externo. Así, se reduce el problema de sobrecalentamiento al limitar el flujo de corriente a través de la célula solar mala.
Esto es sólo un puñado de aplicaciones para este pequeño y sorprendente componente semiconductor.